DE102020204542B4

DE102020204542B4 - Fahrzeugtüraktuator, Fahrzeugtür und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102020204542B4
Application number: DE102020204542.9A
Authority: DE
Inventors: Karl Martin Fritsch; Jens Henrich
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2020-04-08
Filing date: 2020-04-08
Publication date: 2023-03-23
Anticipated expiration: 2040-04-09
Also published as: WO2021204513A1; DE102020204542A1

Abstract

Fahrzeugtüraktuator zur Verschwenkung einer Fahrzeugtür (2) um einen Drehpunkt (6) eines Scharniers, umfassend:einen E-Motor (E) sowie ein durch den E-Motor (E) angetriebenes mindestens zweistufiges Getriebe (G),wobei die Anordnung des E-Motors (E) und des Getriebes (G) an und/oder in der Fahrzeugtür (2) anbringbar ist, und zwar in einem dafür zur Verfügung stehenden Bauraum (8) zwischen der Fahrzeugtür (2) und einer Säule (4) eines Fahrzeugs,wobei die vom E-Motor (E) direkt angetriebene, innerhalb dieses Bauraums (8) angeordnete Getriebestufe (GS1) mindestens ein Außenzahnrad (18) aufweist, welches mit einem koaxial zu einer E-Motor-Antriebswelle (10) angeordneten Antriebsaußenzahnrad (16) kämmt, welches das Außenzahnrad (18) treibt,wobei das Getriebe (G) zudem eine Getriebestufe (GS4) mit einer gegenüber der E-Motor-Antriebswelle (AW) achsversetzten Abtriebswelle (12) aufweist, wobei die Abtriebswelle (12) den Drehpunkt (6) des Scharniers bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der E-Motor (E) nebst einem Getriebeabschnitt (GS1, GS2, GS3) ohne die den Achsversatz aufweisende Getriebestufe (GS4) in Bezug auf den besagten Bauraum (8) zentriert angeordnet ist, wobei das Getriebe (G) vierstufig ausgebildet ist, wobei eine erste, zweite und dritte Getriebestufe (GS1, GS2, GS3) zwischen dem E-Motor (E) und einer vierten Getriebestufe (GS4) angeordnet sind, wobei die vierte Getriebestufe (GS4) diejenige mit dem Achsversatz ist, welche den Drehpunkt (6) bildet, wobei die erste, zweite und dritte Getriebestufe (GS1, GS2, GS3) in Bezug auf den Bauraum (8) zentriert angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugtüraktuator, eine Fahrzeugtür mit einem solchen Fahrzeugtüraktuator sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Fahrzeugtür.
Aus den Druckschriften DE 10 2018 001 275 A1 und DE 10 2017 125 819 A1 ist jeweils ein Fahrzeugtüraktuator bekannt.
Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, einen kompakten und kostengünstigen Fahrzeugtüraktuator bereitzustellen, der eine Fahrzeugtür elektromotorisch öffnet und schließt.
Diese Aufgabe wird durch einen gemäß Anspruch 1 vorgeschlagenen und unter Schutz gestellten Fahrzeugtüraktuator gelöst.
Es wird ferner eine Fahrzeugtür mit einem solchen Fahrzeugtüraktuator vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (vgl. Anspruch 7). Des Weiteren wird ein Fahrzeug mit einer solchen Fahrzeugtür vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (vgl. Anspruch 8). Zudem wird eine Verwendung des vorgeschlagenen Fahrzeugtüraktuators vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (vgl. Anspruch 9).
Es wird ein Fahrzeugtüraktuator zur Verschwenkung einer Fahrzeugtür um einen Drehpunkt eines Scharniers vorgeschlagen, wobei der Fahrzeugtüraktuator einen E-Motor sowie ein durch den E-Motor angetriebenes mindestens zweistufiges Getriebe umfasst. Diese Anordnung des E-Motors und des Getriebes ist dabei an und/oder in der Fahrzeugtür anbringbar, und zwar in einem dafür zur Verfügung stehenden Bauraum zwischen der Fahrzeugtür und einer Säule eines Fahrzeugs.
Die dabei vom E-Motor direkt angetriebene, innerhalb dieses Bauraums angeordnete Getriebestufe weist mindestens ein Außenzahnrad auf, welches mit einem koaxial zu einer E-Motor-Antriebswelle angeordneten Antriebsaußenzahnrad kämmt, welches das Außenzahnrad treibt.
Das Getriebe weist dabei zudem eine Getriebestufe mit einer gegenüber der E-Motor-Antriebswelle achsversetzten Abtriebswelle auf, wobei die Abtriebswelle den Drehpunkt des Scharniers bildet. Dabei bildet die durch den Drehpunkt gehende Abtriebswellenachse zugleich die Scharnierachse.
Es wird dabei vorgeschlagen, den E-Motor nebst einem Getriebeabschnitt ohne die den Achsversatz aufweisende Getriebestufe in Bezug auf einen zur Verfügung stehenden Bauraum zwischen der Fahrzeugtür und einer Säule eines Fahrzeugs zentriert anzuordnen. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine optimale Ausnutzung des besagten Bauraums, der sehr begrenzt ist, sowie eine größere Dimensionierung sowohl des E-Motors als auch des Getriebes.
Es wird dabei ferner vorgeschlagen, das Getriebe vierstufig auszubilden. Dabei wird vorgeschlagen eine erste, zweite und dritte Getriebestufe zwischen dem E-Motor und einer vierten Getriebestufe anzuordnen, wobei die vierte Getriebestufe diejenige mit dem Achsversatz ist, die den Drehpunkt bildet. Dabei sind in Anlehnung an das zuvor Gesagte die erste, zweite und dritte Getriebestufe in Bezug auf den zur Verfügung stehenden, sehr begrenzten Bauraum zentriert angeordnet.
Unter einem Fahrzeug ist dabei jede Art von Fahrzeug zu verstehen, welches entweder verbrennungsmotorisch und/oder elektromotorisch betrieben wird, insbesondere aber Personenkraftwagen und/oder Nutzfahrzeuge.
Unter einer Fahrzeugtür ist dabei eine Front- oder Hecktür oder auch eine Heckklappe eines Fahrzeugs zu verstehen.
Unter einer Säule bzw. Fahrzeugsäule ist dabei insbesondere eine A, B oder C-Säule eines Fahrzeugs zu verstehen. Auch kann unter einer solchen Säule derjenige Abschnitt einer Fahrzeugkarosserie verstanden werden, gegenüber dem eine Heckklappe angelenkt ist.
Der vorgeschlagene Türaktuator ist besonders kompakt und wirkt dabei rein rotatorisch. D.h., dass der Türaktuator keiner Linearbewegung bedarf, um eine Fahrzeugtür zu bewegen bzw. zu verschwenken bzw. zu öffnen oder zu schließen. Dies bedingt seine vorteilhafte Kompaktheit.
Die besagte vom E-Motor direkt angetriebene Getriebestufe kann dabei mindestens zwei Außenzahnräder aufweisen, welche mit dem Antriebsaußenzahnrad kämmen.
Dabei kann diese direkt angetriebene Getriebestufe als Evolventen-Außenstirnradgetriebestufe oder alternativ als Evolventen-Planetenradgetriebestufe ausgebildet sein. Dabei kann diese Getriebestufe eine Evoloid-Verzahnung aufweisen. Eine Evoloid-Verzahnung - dies ist eine spezielle Art von Evolventen-Verzahnung - begünstig dabei zusätzlich die Kompaktheit des Getriebes.
Es wird zudem vorgeschlagen, die den Achsversatz aufweisende und den Drehpunkt bildende Getriebestufe als Evolventen-Außenstirnradgetriebestufe auszubilden, insbesondere als Evoloid-Außenstirnradgetriebestufe. Letzteres begünstig zusätzlich die Kompaktheit des Getriebes.
Es wird ferner eine Fahrzeugtür mit einem Fahrzeugtüraktuator der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen.
Es wird ferner ein Fahrzeug mit einer solchen Fahrzeugtür vorgeschlagen.
Zudem wird eine Verwendung eines rein rotatorisch wirkenden Fahrzeugtüraktuators, insbesondere der zuvor beschriebenen Art zur Verschwenkung einer Fahrzeugtür um einen Drehpunkt eines Scharniers vorgeschlagen.
Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figurendarstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen, teilweise schematisch:

1 einen Teil eines Fahrzeugs sowie einen erfindungsgemäß vorgeschlagenen Türaktuator in einer Einbaulage,
2a eine Fahrzeugtür in einer geschlossenen Stellung,
2b die in 2a gezeigte Fahrzeugtür in einer geöffneten Stellung,
3 die in 2a (2a, 2b) gezeigte Fahrzeugtür mit einem koaxial zu einer Scharnierachse angeordneten Türaktuator,
4 die in 2a (2a, 2b) gezeigte Fahrzeugtür mit einem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Türaktuator,
5 eine vorgeschlagene konkrete Ausführung des in 4 schematisch gezeigten Türaktuators,
6 den in 5 gezeigten Türaktuator mit Explosionsdarstellungen zweier Getriebestufen,
7 den in 5 gezeigten Türaktuator mit einer Explosionsdarstellung einer weiteren Getriebestufe,
8 eine Anbindung des in 5 gezeigten Türaktuators an ein Scharnierelement sowie
9 mögliche Ausführungen einer Getriebestufe.

2a und 2b veranschaulichen jeweils schematisch eine Fahrzeugtür 2, welche als solche gegenüber einer z.B. A- oder B-Säule 4 eines Fahrzeugs um einen Drehpunkt 6 eines Scharniers zwischen einer Schließstellung (2a) und einer Öffnungsstellung (2b) verschwenkbar ist.
3 veranschaulicht einen Türaktuator A, welcher in einem zur Verfügung stehenden, sehr begrenzten Bauraum 8 zwischen der Fahrzeugtür 2 und der A- oder B-Säule 4 an der Fahrzeugtür 2 angebracht ist. Eine Abtriebswelle des Türaktuators A bildet dabei den Drehpunkt 6 des Scharniers. Der Türaktuator A ist dabei zudem in seiner Gesamtheit koaxial zur durch den Drehpunkt 6 gehenden Abtriebswellenachse - die als solche zugleich als Scharnierachse fungiert - angeordnet. Dabei bleibt der Bauraum 8 zu einem Großteil ungenutzt. Der Drehpunkt 6 liegt dabei sehr nahe bei der Tür 2, so dass dieser Abstand des Drehpunkts 6 zur Tür 2 - z.B. 10 bis 20mm - die Dimensionierung des Aktuators A begrenzt.
4 hingegen veranschaulicht einen vorgeschlagenen Türaktuator A, welcher den Drehpunkt 6 über einen Achsversatz AV bildet. Bis auf eine den Achsversatz AV bildende Getriebestufe 10 des Türaktuators A, deren Abtriebswelle 12 den Drehpunkt 6 bildet, durch welche die Abtriebswellen- bzw. Scharnierachse SA geht, ist der Türaktuator A in Bezug auf den Bauraum 8 zentriert angeordnet. Dabei füllt der Türaktuator A den Bauraum 8 vorteilhafterweise optimal aus. Der Achsversatz AV einerseits sowie die besagte zentrierte Anordnung innerhalb des Bauraums 8 begünstigen dabei eine bestmögliche Dimensionierung des Türaktuators A.
Die Abtriebswelle 12 fungiert dabei gewissermaßen im Sinne eines Stiftelements eines Scharniers, nur mit dem Unterschied, dass sie ein Drehmoment überträgt.
Weder in 3 noch in 4 ist der säulenseitig befestigbare Teil des Scharniers gezeigt, über welchen sich der Türaktuator A gegenüber der Säule 4 abstützt, um die Fahrzeugtür 2 entsprechend verschwenken zu können. Diese Abstützung beschreibt vielmehr die 8.
Der Türaktuator A nach 5 umfasst einen als Innenläufer und Trockenläufer ausgebildeten E-Motor E, der von einem Tiefziehblech, etwa aus Stahl, ummantelt ist. An einen Lagerschild 14 des E-Motors E schließt sich ein vierstufiges Getriebe G (vgl. GS₁, GS₂, GS₃, GS₄) mit einem Gehäuse aus z.B. einem Aluminiumdruckguss an. Dabei sind die ersten drei Getriebestufen GS₁, GS₂, GS₃ im Sinne einer Einheit koaxial zum E-Motor E bzw. zu dessen Antriebswelle AW angeordnet. Die vierte Getriebestufe GS₄ hingegen bewirkt den besagten Achsversatz AV gegenüber der Antriebswelle AW (vgl. dazu Antriebsachse AA zur Scharnierachse SA). Die quer- bzw. achsversetzte Abtriebswelle 12 bildet dabei den Drehpunkt 6 des Scharniers (vgl. dazu 4). Die durch den Drehpunkt 6 gehende Abtriebswellenachse fungiert zugleich als Scharnierachse eines in 8 gezeigten Scharniers. Diese Abtriebswelle 12 wird dabei in Anlehnung an die 4 zur Tür 2 hin ausgerichtet.
Zudem ist der den E-Motor E sowie die ersten drei Getriebestufen GS₁, GS₂, GS₃ umfassende Abschnitt des Türaktuators A in Bezug auf den zuvor genannten, in 3 und 4 gezeigten, sehr begrenzten Bauraum 8 vorteilhafterweise zentriert angeordnet, so dass dieser Abschnitt den Bauraum 8 optimal ausfüllt.
Der Vollständigkeit halber sei im Folgenden auch noch die Ausführung der einzelnen das Drehmoment des E-Motors E erhöhenden bzw. verstärkenden Getriebestufen GS₁, GS₂, GS₃, GS₄ beschrieben.
Die Getriebestufe GS₁ ist ein Evolventen-Außenstirnradgetriebe, vorteilhafterweise mit einer Evoloid-Verzahnung, welches zwei mit einem Ritzel 16 kämmende Außenzahnräder 18 umfasst. Die Antriebswelle AW treibt dabei das Ritzel 16 an, welches wiederum die beiden Außenzahnräder 18 antreibt.
Die Getriebestufe GS₂ umfasst zwei Außenzahnräder 20, die jeweils koaxial zu einem der Außenzahnräder 18 angeordnet sind und durch diese angetrieben werden, sowie ein Hohlrad 22, welches mit den beiden Außenzahnrädern 20 kämmt und durch diese angetrieben wird. Das Hohlrad 22 ist dabei auf der Eingangswelle der Getriebestufe GS₃ aufgepresst und treibt diese an.
Die Getriebestufe GS₃ ist als Planetengetriebe ausgebildet und umfasst ein Sonnenrad 24, welches durch das Hohlrad 22 angetrieben wird, sowie einen Planetenträger 26 mit vier Planetenrädern 28, welche jeweils mit einem Hohlrad 30 kämmen und dabei um das Sonnenrad 24 rotieren. Das Hohlrad 30 ist dabei gegenüber dem Getriebegehäuse feststehend angeordnet. Der Planetenträger 26 ist auf der Eingangswelle bzw. Antriebswelle 32 der Getriebestufe GS₄ aufgepresst und treibt diese an. Die Getriebestufe GS₄ ist auch ein Evolventen-Außenstirnradgetriebe, vorteilhafterweise mit einer Evoloid-Verzahnung, welches zwei miteinander kämmende Außenzahnräder 34, 36 umfasst, von denen das Außenzahnrad 34 auf der Abtriebswelle 32 und das Außenzahnrad 36 auf der Abtriebswelle 12 angeordnet ist. Die Abtriebswelle 12 bildet dabei den besagten Drehpunkt 6 (vgl. 4).
Alternativ zur zuvor beschriebenen Ausführung der ersten drei Getriebestufen GS₁, GS₂, GS₃ ließen sich auch zwei oder drei hintereinander angeordnete Planetenradgetriebestufen vorsehen, etwa jeweils mit einer Evoloid-Verzahnung, um - wie bereits zuvor beschrieben - vorteilhafterweise besonders kompakt bauen zu können.
8 veranschaulicht ein Scharnier 38, über welches sich der Türaktuator A an einer Fahrzeugkarosserie abstützt. Das Scharnier 38 umfasst dabei ein mit der Fahrzeugkarosserie verbindbares Flanschteil 40, von dem sich ein Arm 42 zur Aufnahme der Abtriebswelle 12 erstreckt. Das dem Arm 42 zugewandte Abtriebswellenende 13 ist dabei mit einem Gewinde 44 versehen, über welches die Abtriebswelle 12 gegenüber dem Arm 42 mittels einer Mutter 46 festgezogen ist. Somit ist die Abtriebswelle 12 relativ zum Scharnier 38 feststehend, aber relativ zur Eingangswelle bzw. Antriebswelle 32 der Getriebestufe GS₄ rotierbar.
Über entsprechende Gewindelöcher GL am Getriebegehäuse (vgl. 5) ist der Türaktuator A an der Tür 2 (vgl. 4) anschraubbar, indem Schrauben durch die Tür 2 in die Gewindelöcher GL gedreht werden, wodurch der Türaktuator A gegen die Tür 2 an- und festgezogen wird.
Die direkt am E-Motor E angeordnete bzw. direkt vom E-Motor E angetriebene Getriebestufe GS₁ kann im einfachsten Fall ein Evolventen-Außenstirnradgetriebe mit nur einem Außenzahnrad 18 sein, beispielsweise mit einer Evoloid-Verzahnung, welches über ein entsprechendes Antriebsritzel 16 antreibbar ist. Zweckmäßigerweise sieht man jedoch zwei solche Außenzahnräder 18 vor, auf welche sich die Belastung hälftig verteilt und welche den Bauraum 8 optimal ausfüllen (vgl. 9; links).
Alternativ dazu in ließe sich diese Getriebestufe GS₁ bei einem entsprechend vorhandenen Bauraum 8 und einer entsprechenden Dimensionierung auch als eine Planetenradgetriebestufe ausbilden, wie sie in 9 (rechts) nur schematisch und unvollständig, d.h. ohne ein entsprechendes Hohlrad angedeutet ist.
In der Einbaulage des Türaktuators A (vgl. 1 und 4) fungiert der um die Abtriebswelle 12 verschwenkbare, an der Tür 2 (vgl. 4) befestigte Abschnitt des des Türaktuators A gewissermaßen als der türseitige Scharnierabschnitt, welcher über die Abtriebswelle 12 - und die Mutter 46 - mit dem säulenseitigen bzw. karosserieseitigen Scharnierabschnitt 40, 42 zusammenwirkt.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere im Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.

Claims

Fahrzeugtüraktuator zur Verschwenkung einer Fahrzeugtür (2) um einen Drehpunkt (6) eines Scharniers, umfassend: einen E-Motor (E) sowie ein durch den E-Motor (E) angetriebenes mindestens zweistufiges Getriebe (G), wobei die Anordnung des E-Motors (E) und des Getriebes (G) an und/oder in der Fahrzeugtür (2) anbringbar ist, und zwar in einem dafür zur Verfügung stehenden Bauraum (8) zwischen der Fahrzeugtür (2) und einer Säule (4) eines Fahrzeugs, wobei die vom E-Motor (E) direkt angetriebene, innerhalb dieses Bauraums (8) angeordnete Getriebestufe (GS₁) mindestens ein Außenzahnrad (18) aufweist, welches mit einem koaxial zu einer E-Motor-Antriebswelle (10) angeordneten Antriebsaußenzahnrad (16) kämmt, welches das Außenzahnrad (18) treibt, wobei das Getriebe (G) zudem eine Getriebestufe (GS₄) mit einer gegenüber der E-Motor-Antriebswelle (AW) achsversetzten Abtriebswelle (12) aufweist, wobei die Abtriebswelle (12) den Drehpunkt (6) des Scharniers bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der E-Motor (E) nebst einem Getriebeabschnitt (GS₁, GS₂, GS₃) ohne die den Achsversatz aufweisende Getriebestufe (GS₄) in Bezug auf den besagten Bauraum (8) zentriert angeordnet ist, wobei das Getriebe (G) vierstufig ausgebildet ist, wobei eine erste, zweite und dritte Getriebestufe (GS₁, GS₂, GS₃) zwischen dem E-Motor (E) und einer vierten Getriebestufe (GS₄) angeordnet sind, wobei die vierte Getriebestufe (GS₄) diejenige mit dem Achsversatz ist, welche den Drehpunkt (6) bildet, wobei die erste, zweite und dritte Getriebestufe (GS₁, GS₂, GS₃) in Bezug auf den Bauraum (8) zentriert angeordnet sind.
Fahrzeugtüraktuator nach Anspruch 1, wobei die vom E-Motor (E) direkt angetriebene Getriebestufe (GS₁) mindestens zwei Außenzahnräder (18) aufweist, welche mit dem Antriebsaußenzahnrad (16) kämmen.
Fahrzeugtüraktuator nach Anspruch 1 oder 2, wobei die direkt angetriebene Getriebestufe (GS₁) als Evolventen-Außenstirnradgetriebestufe ausgebildet ist.
Fahrzeugtüraktuator nach Anspruch 1 oder 2, wobei die direkt angetriebene Getriebestufe (GS₁) als Evolventen-Planetenradgetriebestufe ausgebildet ist.
Fahrzeugtüraktuator nach Anspruch 3 oder 4, wobei die direkt angetriebene Getriebestufe (GS₁) eine Evoloid-Verzahnung aufweist.
Fahrzeugtüraktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die den Achsversatz aufweisende und den Drehpunkt (6) bildende Getriebestufe (GS₄) als Evolventen-Außenstirnradgetriebestufe, insbesondere Evoloid-Außenstirnradgetriebestufe ausgebildet ist.
Fahrzeugtür mit einem Fahrzeugtüraktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fahrzeug mit einer Fahrzeugtür nach Anspruch 7.
Verwendung eines rein rotatorisch wirkenden Fahrzeugtüraktuators nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Verschwenkung einer Fahrzeugtür (2) um einen Drehpunkt (6) eines Scharniers.