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Die Erfindung betrifft ein Scharnier für ein Fahrzeug, ein Verfahren zum Betreiben des Scharniers sowie ein Fahrzeug mit mindestens einem solchen Scharnier.
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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 in der bekannten Einbaulage im Wesentlichen senkrecht zu der Frontklappe angebracht ist und somit Platz in dieser Richtung benötigt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere ein aktives Scharnier anzugeben, wobei der Aktor platzsparend angeordnet werden kann.
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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 für ein Fahrzeug, insbesondere für eine Frontklappe des Fahrzeugs, vorgeschlagen, aufweisend
- – ein Scharnierunterteil, das beweglich mit einem Scharnieroberteil verbunden ist,
- – einen Zwischenhebel, der mit dem Scharnierunterteil drehbar verbunden ist,
- – einen Aktor zum Anheben des Scharnieroberteils über den Zwischenhebel, wobei der Aktor im Wesentlichen parallel zu einer Längsausrichtung des Scharnierunterteils angeordnet ist.
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Somit kann das aktive Scharnier, also das über den Aktor von einer Ausgangsstellung in eine Endstellung überführbare Scharnier, kompakt hergestellt werden und benötigt in dem Fahrzeug nur wenig Bauraum.
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Die Längsausrichtung des Scharnierunterteils ist insbesondere eine Ausrichtung, die eine Orientierung im Wesentlichen entlang der längsten Ausdehnung des Scharnierunterteils aufweist. Im Wesentlichen parallel zu der Längsausdehnung des Scharnierunterteils umfasst auch solche Ausgestaltungen, bei denen der Aktor schräg angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Aktor so angeordnet, dass eine effiziente Kraftübertragung auf den Zwischenhebel möglich ist.
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Entsprechend kann der Aktor von vorne nach hinten als auch von hinten nach vorne (bezogen auf die Fahrzeugrichtung) angeordnet sein. Entsprechend kann der Aktor jeweils schräg ausgerichtet sein.
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Insbesondere ist der Aktor im Ruhezustand des Fahrzeugs im Wesentlichen parallel zu der Fahrbahn angeordnet bzw. bei geschlossener Frontklappe im Wesentlichen parallel zu der Frontklappe des Fahrzeugs. Bei seiner Aktivierung wirkt die Kraft des Aktors zunächst nicht in Richtung der Bewegung der Frontklappe, sondern z. B. im Wesentlichen senkrecht zu der Bewegung der Frontklappe. Anhand des Zwischenhebels wird die Kraft geeignet umgelenkt.
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Der hier vorgeschlagene Ansatz ist auf die Frontklappe, die Motorhaube oder jedwede über Scharniere betreibbare Klappe des Fahrzeugs, z. B. eine Heckklappe, anwendbar.
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Eine Weiterbildung ist es, dass das Scharnierunterteil gegenüber dem Scharnieroberteil verschwenkbar ist.
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Vorteilhaft wird somit mittels des Aktors erreicht, dass die Frontklappe des Fahrzeugs angehoben und ein Aufprall eines Objekts auf die Frontklappe anhand dieser zusätzlich gewonnenen Bewegungsfreiheit der Frontklappe gedämpft werden kann.
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Eine andere Weiterbildung ist es, dass der Zwischenhebel das Scharnieroberteil bei Aktivierung mittels des Aktors gegenüber dem Scharnierunterteil verschwenkt.
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Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass das Scharnieroberteil ein unteres Scharnieroberteil und ein oberes Scharnieroberteil umfasst, wobei das obere Scharnieroberteil gegenüber dem unteren Scharnieroberteil beweglich ausgeführt ist.
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Hierdurch kann mittels des Aktors einerseits das untere Scharnieroberteil gegenüber dem Scharnierunterteil angehoben werden und weiter kann das obere Scharnieroberteil gegenüber dem unteren Scharnieroberteil angehoben werden. Somit wird eine weitere Bewegungsfreiheit durch die Aufstellung der Frontklappe zur Abschwächung oder Dämpfung eines Aufpralls auf die Frontklappe erreicht.
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Auch ist es eine Weiterbildung, dass das obere Scharnieroberteil gegenüber dem unteren Scharnieroberteil verschwenkbar ausgeführt ist.
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Ferner ist es eine Weiterbildung, dass das obere Scharnieroberteil und das untere Scharnieroberteil mittels eines Gelenks verbunden sind.
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Durch das Gelenk kann eine Drehbewegung des oberen Scharnieroberteils gegenüber dem unteren Scharnieroberteil definiert werden.
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Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung ist die Bewegung des oberen Scharnieroberteils gegenüber dem unteren Scharnieroberteil begrenzt.
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Zur Begrenzung der Bewegung kann beispielsweise ein Zapfen (oder ein Kulissenstein) in einer Kulisse, z. B. einer Langlochführung, eingesetzt werden. So kann der Zapfen an dem unteren Scharnieroberteil angeordnet sein und das obere Scharnieroberteil weist eine Langlochführung auf, in die der Zapfen eingreift. Durch die Geometrie der Langlochführung kann die Bewegung des oberen Scharnieroberteils und damit die Ausstellung der Frontklappe begrenzt werden.
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Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass das Scharnierunterteil über mindestens zwei Gelenkarme mit dem Scharnieroberteil verbunden ist.
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Entsprechend können je mindestens zwei Gelenkarme an beiden Seiten des Scharniers vorgesehen sein.
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Eine Ausgestaltung ist es, dass der Zwischenhebel als ein Kniehebel ausgeführt ist.
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Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass der Zwischenhebel eine Aussparung zum Eingriff des Aktors aufweist.
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Insbesondere weist der Aktor einen Stößel auf, der z. B. pyrotechnisch aktiviert werden und in die Aussparung eingreifen kann. Die Aussparung dient der effizienten Kraftübertragung von dem Aktor bzw. dem Stößel des Aktors über den Zwischenhebel an das Scharnieroberteil.
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Bei dem Aktor kann es sich insbesondere um einen pyrotechnischen Aktor, einen Bimetall-Aktor, einen hydraulischen Aktor, einen pneumatischen Aktor, einen elektrochemischen Aktor, einen elektromechanischen Aktor, einen piezoelektrischen Aktor, einen magnetostriktiven Aktor und/oder um einen magnetorestriktiven Aktor handeln. Auch Kombinationen aus den vorstehend genannten Aktoren sind einsetzbar.
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Der Aktor kann mit oder ohne Hubunterstützung und/oder Hubvergrößerungsmittel ausgestattet sein.
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Auch wird die vorstehend genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Scharniers wie hierin beschrieben,
- – bei dem der Aktor aktiviert wird,
- – bei dem über den Aktor mittels des Zwischenhebels das Scharnieroberteil gegenüber dem Scharnierunterteil verschwenkt wird.
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Eine Ausgestaltung ist es, dass das Scharnieroberteil ein unteres Scharnieroberteil und ein oberes Scharnieroberteil aufweist, wobei mittels des Aktors das obere Scharnieroberteil gegenüber dem unteren Scharnieroberteil verschwenkt wird.
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Eine Weiterbildung besteht darin, dass ein bevorstehender Aufprall erkannt und der Aktor ausgelöst wird.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Fahrzeug, umfassend mindestens ein Scharnier wie hierin beschrieben.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht eines Scharniers in einer Ausgangsstellung;
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2 eine schematische Seitenansicht des Scharniers gemäß 1 in einer Endstellung nach Aktivierung des Aktors.
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1 zeigt ein Scharnier 1 mit einem Scharnierunterteil 2 und einem Scharnieroberteil 3 in einer Ausgangsstellung. Ein Zwischenhebel 4 ist mit dem Scharnierunterteil 2 an einem Drehpunkt 5 drehbar verbunden. Das Scharnieroberteil 3 umfasst ein oberes Scharnieroberteil 6 und ein unteres Scharnieroberteil 7, wobei das obere Scharnieroberteil 6 mit dem unteren Scharnieroberteil 7 über ein Gelenk 8 verbunden ist. Insofern kann das obere Scharnieroberteil 6 gegenüber dem unteren Scharnieroberteil 7 gedreht werden, wobei die Drehung durch die Führung eines Zapfens 10, der an dem unteren Scharnieroberteil 7 befestigt ist, in einer Langlochführung 9 des oberen Scharnieroberteils 6 begrenzt ist.
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Das Scharnierunterteil 2 ist gegenüber dem Scharnieroberteil 3 verschwenkbar ausgeführt. Hierzu sind Gelenkarme 11, 12 vorgesehen, die jeweils drehbar an dem Scharnierunterteil 2 sowie an dem unteren Scharnieroberteil 7 befestigt sind. Weiterhin ist eine Feststellschraube 13 auf dem Scharnierunterteil 2 angeordnet, anhand derer in der Ausgangsstellung des Scharniers 1 ein minimaler Abstand zwischen dem Scharnierunterteil 2 und dem Scharnieroberteil 3 einstellbar ist.
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Der Zwischenhebel 4 kann z. B. in Form eines Kniehebels ausgeführt sein und in der an seinem dem Scharnieroberteil 3 zugewandten Ende eine Abrundung 16 aufweisen. Die Abrundung 16 kann in Form einer in dem Zwischenhebel 4 gelagerten Kugel, Rolle oder eines Rads ausgeführt sein. Auch kann die Abrundung 16 eine Oberfläche mit geringer Reibung aufweisen. Die Abrundung 16 kann in der Ausgangsstellung zumindest teilweise unterhalb des Scharnieroberteils 3, z. B. in einer entsprechenden Aussparung des Scharnieroberteils 3, liegen. Bei der Bewegung des Zwischenhebels 4 aus der Ausgangsstellung heraus in Richtung der Endstellung (siehe nachfolgende Ausführungen zur 2) überträgt der Zwischenhebel 4 durch eine Drehung um den Drehpunkt 5 (in Richtung des Uhrzeigersinns) über die Abrundung 16 die Kraft zum Verschwenken des Scharnieroberteils 3 gegenüber dem Scharnierunterteil 2. Insofern kann es von Vorteil sein, dass diese Abrundung 16 eine reduzierte Reibung gegenüber dem Scharnieroberteil 3 aufweist.
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Weiterhin ist ein Aktor 14 vorgesehen, der auch in der Ausgangsstellung beispielhaft zumindest teilweise vor oder in einer Führung 15 entlang des Zwischenhebels 4 angeordnet ist. Die Führung 15 ist hier beispielhaft als eine konkave Aussparung des Zwischenhebels 4 ausgeführt, die es ermöglichen soll, dass der Aktor 14 von der Ruhestellung in seine Endstellung möglichst effektiv die Kraft an den Zwischenhebel 4 übertragen kann. Insbesondere soll verhindert werden, dass der Aktor 14 von dem Zwischenhebel 4 abrutscht. Beispielsweise kann der Aktor 14 an seiner die Führung 15 kontaktierenden Seite eine der Führung 15 entsprechende konvexe oder zumindest teilweise runde Form aufweisen. Weiterhin kann diese Seite des Aktors 14 zumindest teilweise, insbesondere an der mit der Führung 15 in Eingriff tretenden Fläche eine Oberfläche geringer Reibung aufweisen und/oder dort über ein bewegliches reibungsoptimiertes Element verfügen (z. B. eine Kugel, eine Rolle oder ein Rad). Somit kann effizient die Kraft des Aktors 14 bei dessen Aktivierung an den Zwischenhebel 4 weitergegeben werden.
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Der Aktor 14 ist in den Figuren symbolisch einstückig ausgeführt. Der Aktor 14 kann jedoch insbesondere als ein mehrstückiger Aktor ausgeführt sein, z. B. umfassend einen Stößel und ein Aktorgehäuse, wobei der Stößel z. B. pyrotechnisch aktivierbar ist und in diesem Fall eine Kraft auf den Zwischenhebel 4 übertragen kann. Vorzugsweise ist das Aktorgehäuse fest mit dem Scharnierunterteil 2 verbunden.
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Der Aktor 14 ist im Wesentlichen entlang einer Längsausrichtung des Scharnierunterteils 2 angeordnet. Dabei kann der Aktor 14 insbesondere waagerecht oder im Wesentlichen waagerecht vorgesehen sein. Allerdings ist es ebenso möglich, dass der Aktor 14 leicht schräg in dem Scharnierunterteil 2 oder entlang des Scharnierunterteils angeordnet ist. Der Aktor 14 kann auf unterschiedliche Arten realisiert sein. Ein Beispiel ist der pyrotechnische Aktor, der bei Aktivierung sowohl eine verhältnismäßig große Kraft als auch einen bezogen auf die Größe des Aktors verhältnismäßig großen Hub bereitstellt. Auch hat der pyrotechnische Aktor den Vorteil einer schnellen Aktivierung. Dennoch können auch weitere Aktoren in Kombination mit dem pyrotechnischen Aktor oder ohne einen pyrotechnischen Aktor eingesetzt werden.
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Auf dem Scharnieroberteil 3 kann beispielsweise eine Frontklappe eines Fahrzeugs angeordnet sein. Insbesondere können zwei solcher Scharniere 1 auf beiden Seiten einer Frontklappe diese mit der Karosserie oder dem Chassis eines Fahrzeugs verbinden.
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Das Scharnier 1 ermöglicht z. B. die Umsetzung eines aktiven Fußgängerschutzes, indem im Fall einer Kollision der Aktor 14 aktiviert wird und das Scharnier von seiner Ausgangsstellung gemäß 1 in eine Endstellung gemäß 2 überführt wird. In dieser Endstellung ist die Frontklappe aus ihrer Ruhestellung angehoben und ermöglicht eine Abschwächung bzw. Dämpfung eines Aufpralls auf die Frontklappe.
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Gleiche Bezugszeichen in 1 und 2 kennzeichnen die gleichen Elemente oder Komponenten. Die vorstehenden Ausführungen zu 1 gelten entsprechend auch für 2.
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So wird mit der Aktivierung des Aktors 14 dieser in Richtung eines Pfeils 17 bewegt. Dabei greift der Aktor 14 in die Führung 15 des Zwischenhebels 4 ein und wirkt auf diesen eine Kraft derart aus, dass der Zwischenhebel 4 um den Drehpunkt 5 in eine Drehrichtung 18 bewegt wird. In der Ausgangsstellung gemäß 1 liegt die Abrundung 16 des Zwischenhebels 4 beispielsweise lose an dem unteren Scharnieroberteil 7 an und wird durch die Drehung um den Drehpunkt 5 nach oben bewegt. Dadurch wird das untere Scharnieroberteil 7 von dem Scharnierunterteil 2 entfernt, insbesondere werden das untere Scharnieroberteil 7 und das Scharnierunterteil 2 zueinander verschwenkt. Diese Bewegung wird gestützt von den Gelenkarmen 11 und 12, die jeweils an dem unteren Scharnieroberteil 7 und an dem Scharnierunterteil 2 befestigt sind.
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Die Abrundung 16 des Zwischenhebels 4 kann hierbei entlang einer Kulisse oder Führung (nicht dargestellt) des unteren Scharnieroberteils 7 geführt sein. Insbesondere kann sichergestellt sein, dass die Abrundung 16 mit einer geringen Reibung die Kraft zur Verschwenkung an das untere Scharnieroberteil 7 übertragen kann. Auch ist es möglich, dass hierzu das untere Scharnieroberteil 7 im Wesentlichen entlang einer Berührung mit der Abrundung 16 zumindest teilweise ein bewegliches Element, z. B. eine Rolle, aufweist. Somit kann besonders effizient die Kraft von dem Zwischenhebel 4 an das untere Scharnieroberteil 7 übertragen werden.
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Durch die Aktivierung des Aktors 14 in Richtung des Pfeils 17 werden demnach das Scharnierunterteil 2 und das untere Scharnieroberteil 7 zueinander verschwenkt. Durch den Impuls wird weiterhin das obere Scharnieroberteil 6 gegenüber dem unteren Scharnieroberteil 7 um das Gelenk 8 gedreht. Diese Drehung ist begrenzt durch den Zapfen 10 des unteren Scharnieroberteils 7, der entlang eines Langlochs 9 des oberen Scharnieroberteils 6 bis zu einem Anschlag bewegt werden kann. Somit bewirkt die Aktivierung des Aktors 14 ein Verschwenken des unteren Scharnieroberteils 7 gegenüber dem Scharnierunterteil 2 und weiterhin ein Ausstellen (Verdrehen um den Drehpunkt des Gelenks 8) des oberen Scharnieroberteils 6 gegenüber dem unteren Scharnieroberteil 7 bis zu einer durch den Zapfen 10 und das Langloch 9 vorgegebenen Begrenzung.
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Auf dem oberen Scharnieroberteil 6 kann beispielsweise eine Frontklappe eines Fahrzeugs befestigt sein. Im Fall einer detektierten Kollision kann die Frontklappe über die Aktivierung des Aktors mittels des Scharniers angehoben und somit ein Aufprall auf die Frontklappe durch die zusätzlich gewonnene Bewegungsfreiheit der Frontklappe gedämpft werden. Somit stellt das vorgeschlagene Scharnier einen Teil einer Sicherheitsanordnung an einem Fahrzeug zum Schutz von Fußgängern dar.
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Hierbei sei angemerkt, dass es sich bei den Darstellungen in 1 und 2 um funktionale Schnittbilder handelt. Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, die einzelnen Elemente vor- oder hintereinander anzuordnen. In dem funktionalen Schnittbild sind die Elemente teilweise ohne Berücksichtigung einer Überdeckung als Konturen übereinander dargestellt, damit die Funktion der Elemente zueinander ersichtlich ist. Der Zwischenhebel ist in Form einer punktierten Linie eingezeichnet, damit dieser gegenüber den anderen Elementen auch in der Ausgangsstellung gemäß 1 hervorgehoben ist. Beispielsweise kann das obere Scharnieroberteil 6 vor oder hinter (bezogen auf die dritte nicht in den Figuren dargestellte Dimension) dem unteren Scharnieroberteil 7 angeordnet sein. Auch können je nach Abmessung des Scharniers an beiden Seiten des Scharniers je zwei Gelenkarme vorgesehen sein. Entsprechend können auch mehrere Aktoren und/oder mehrere Zwischenhebel vorhanden sein.
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Der hier vorgeschlagene Ansatz hat insbesondere den Vorteil, dass der im Wesentlichen in Längsrichtung des Scharnierunterteils angeordnete Aktor effizient mit dem Scharnierunterteil integriert oder an dem Scharnierunterteil angeordnet werden kann und somit die vorgeschlagene Lösung eine Möglichkeit zur effizienten Ausnutzung des vorhandenen Bauraums schafft.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scharnier
- 2
- Scharnierunterteil
- 3
- Scharnieroberteil
- 4
- Zwischenhebel
- 5
- Drehpunkt
- 6
- oberes Scharnieroberteil
- 7
- unteres Scharnieroberteil
- 8
- Gelenk
- 9
- Langloch(führung)
- 10
- Zapfen
- 11
- Gelenkarm
- 12
- Gelenkarm
- 13
- Feststellschraube
- 14
- Aktor
- 15
- Führung
- 16
- Abrundung
- 17
- Pfeil (Richtung)
- 18
- Drehrichtung des Zwischenhebels
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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]
