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Die Erfindung betrifft eine Türeinheit, insbesondere eine Kraftfahrzeug-Türeinheit, mit einem an einen Türflügel angeschlossenen Bewegungsübertragungsglied mit Antriebswelle, und mit einem mit der Antriebswelle wechselwirkenden Kupplungsglied veränderbarer Schließkraft zur wahlweisen Darstellung einer Feststellfunktion hinsichtlich des Türflügels, wobei das Kupplungsglied mit wenigstens einem Kupplungselement und einem auf das Kupplungselement arbeitenden sowie von der Antriebswelle beaufschlagten Stellelement ausgerüstet ist, und wobei das Stellelement das Kupplungselement wahlweise in eine Stellung ”geschlossen” oder ”offen” überführt.
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Bei einer Türeinheit des eingangs beschriebenen Aufbaus, wie sie in der
DE 10 2009 059 881 A1 der Anmelderin beschrieben wird, geht es insgesamt um eine stufenlose Türfeststellung bei einwandfreier Festhaltefunktion und einfacher Bedienung. Dazu ist das Stellelement zur axialen Verlagerung des Kupplungselementes eingerichtet und hierzu im Detail als mit der Antriebswelle gekoppeltes Nockenelement ausgeführt. Mit dem Kupplungselement wechselwirkt ein Gegenkupplungselement, wobei beide Elemente jeweils als konzentrisch zur Antriebswelle angeordnete Kupplungstöpfe mit korrespondierenden und lösbar ineinander greifenden Konusflächen ausgeführt sind. Das hat sich grundsätzlich bewährt. Allerdings kann die Funktionssicherheit aufgrund der ineinander greifenden Konusflächen nicht immer und unter allen Umständen sicher und zuverlässig garantiert werden. Hier setzt die Erfindung ein.
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Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige Türeinheit so weiter zu entwickeln, dass bei einfacher Bauart die Funktionssicherheit insgesamt gesteigert ist.
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Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist eine gattungsgemäße Türeinheit im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle unter Zwischenschaltung eines Freilaufes mit dem Stellelement gekoppelt ist. Dabei ist die Auslegung im Regelfall so getroffen, dass der Freilauf in eingerücktem Zustand die Antriebswelle mit dem Stellelement mechanisch koppelt, um das Kupplungselement in die Position ”offen” zu überführen. In ausgerücktem Zustand sorgt der Freilauf regelmäßig dafür, dass die Antriebswelle von dem Stellelement mechanisch entkoppelt wird. Auf diese Weise nimmt das Kupplungselement die Position ”geschlossen” ein, und zwar meistens automatisch per Federkraft.
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Durch diese Erfindungsmaßnahmen wird zunächst einmal ein Kupplungsglied veränderbarer Schließkraft zur Verfügung gestellt, mit dessen Hilfe sich der Türflügel problemlos in praktisch jeder beliebigen Schwenkposition im Vergleich zu einer zugehörigen Kraftfahrzeugkarosserie fixieren lässt. Hierzu korrespondiert die Feststellfunktion hinsichtlich des Türflügels. Das Kupplungselement befindet sich dann in der Position ”geschlossen” und der Freilauf ist ausgerückt, das heißt es liegt keine mechanische Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem Stellelement vor.
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Sobald der Türflügel – ausgehend von dieser fixierten Stellung – bewegt wird, erfährt auch die Antriebswelle eine entsprechende Beaufschlagung. Dadurch wird der Freilauf eingerückt. Dieser eingerückte Zustand des Freilaufes korrespondiert dazu, dass die Antriebswelle nunmehr mechanisch mit dem Stellelement gekoppelt ist. Bewegungen der Antriebswelle werden folglich auf das Stellelement übertragen, welches seinerseits und anschließend hieran das Kupplungselement in die Position ”offen” überführt. In diesem Zustand kann die Antriebswelle mehr oder minder reibungsvermindert oder reibungsarm rotieren, weil das Kupplungselement die Stellung ”offen” einnimmt und die Antriebswelle nicht (mehr) blockiert. Das alles gelingt unter Berücksichtigung eines konstruktiv besonders einfachen Aufbaus und zugleich funktionssicher.
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Der Aspekt der Funktionssicherheit wird auch dadurch erreicht bzw. zur Verfügung gestellt, dass nach weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Freilauf richtungsunabhängig arbeitet. Das heißt, für den Übergang des Freilaufes von seiner Stellung ”ausgerückt” in den Zustand ”eingerückt” spiel es keine Rolle, ob nun die Antriebswelle im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn rotiert. Das heißt, der Freilauf arbeitet richtungsunabhängig, i. e. unabhängig von der Drehrichtung der ihn letztendlich beaufschlagenden Antriebswelle.
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Der Freilauf als solcher ist im Regelfall wenigstens dreiteilig ausgelegt. Tatsächlich verfügt der Freilauf vorteilhaft über einen Klemmring, eine Hülse und einen dazwischen angeordneten Käfig. Der Klemmring ist im Allgemeinen unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Reibmomentes mit einer ortsfesten Basis bewegbar gekoppelt. Tatsächlich lässt sich der Klemmring unter Berücksichtigung des Reibmomentes gegenüber der ortsfesten Basis zumindest geringfügig verdrehen.
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Eine solche (geringfügige) Drehbewegung wird regelmäßig dann beobachtet, wenn der Türflügel nach seiner Fixierung von einem Bediener nicht (mehr) beaufschlagt wird. In diesem Fall erfährt der Türflügel eine Entlastung. Diese Entlastung korrespondiert zu Rückstellmomenten innerhalb der Türeinheit, die im Ergebnis dazu führen, dass der Klemmring unter Überwindung des Reibmomentes mit der ortsfesten Basis geringfügig zurückgestellt wird. Diese Rückstellung des Klemmringes führt dazu, dass der Freilauf in seinen ausgerückten Zustand überführt wird. Das Kupplungselement nimmt hierbei unverändert die (zuvor erreichte) Position ”geschlossen” ein.
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Im Regelfall ist die Antriebswelle des Bewegungsübertragungsgliedes mit dem zwischen Klemmring und Hülse zwischengeschalteten Käfig mechanisch verbunden. Dabei lässt sich der Käfig üblicherweise gegenüber dem Klemmring und der Hülse bewegen, ist insbesondere drehbar gegenüber dem Klemmring und der Hülse ausgebildet. Zu diesem Zweck verfügt der Käfig vorteilhaft über ein oder mehrere Rollelemente, die für die nötige Bewegbarkeit bzw. Drehbarkeit zwischen dem Klemmring und der Hülse sorgen.
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Um das beschriebene Ausrückverhalten des Freilaufes nach Entlastung des Türflügels alternativ zu realisieren und/oder zu unterstützen, hat es sich bewährt, wenn die einzelnen Rollelemente des Käfigs elastisch in dem Käfig gelagert sind. Dadurch kommt es in eingerücktem Zustand des Freilaufes zu einer damit verbundenen Vorspannung der Rollelemente, die bei Wegfall der Beaufschlagung des Freilaufes durch den Türflügel entlastet wird. Als Folge hiervon sorgt die Vorspannung dafür, dass sich der Käfig (geringfügig) gegenüber dem Klemmring (und auch der Hülse) bewegt und auch bewegen kann. Eine solche Relativbewegung zwischen dem Klemmring und dem Käfig korrespondiert dazu, dass der Freilauf von seinem zuvor eingerückten Zustand in den ausgerückten Zustand – erneut – überführt wird.
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Die beschriebene Relativbewegung zwischen dem Klemmring und dem Käfig (sowie der Hülse) kann durch die Kopplung des Klemmringes unter Zwischenschaltung des vorgegebenen Reibmomentes mit der ortsfesten Basis und im System bzw. der Türeinheit insgesamt aufgebaute Rückstellkräfte bewerkstelligt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es aber auch möglich, die Rückstellkräfte der elastischen Lagerung des jeweiligen Rollelementes gegenüber dem Käfig bei einem Wegfall der am Türflügel angreifenden und beaufschlagenden Kräfte zu nutzen.
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Die Hülse ihrerseits ist nun mit dem Stellelement lösbar gekoppelt. Zu diesem Zweck mag das Stellelement insgesamt als Reibdämpfer ausgebildet sein oder einen solchen beinhalten. Hier haben sich verschiedene Varianten als besonders günstig erwiesen. So kann das Stellelement als Schlingfederkupplung, Magnetkupplung oder auch als Viskositätsdämpfer ausgeführt sein bzw. eine(n) solche(n) aufweisen. Die Schlingfederkupplung und Magnetkupplung sind mit dem Vorteil verbunden, dass etwaige Temperatureffekte praktisch keine Rolle spielen. Das heißt, sobald der Freilauf eingerückt ist, kann die Antriebswelle unmittelbar über den Freilauf mit dem Stellelement respektive der Schlingfederkupplung oder der Magnetkupplung wechselwirken. Das gilt prinzipiell auch für den Viskositätsdämpfer, wobei an dieser Stelle unter Umständen je nach Temperatur sich ändernde Scherkräfte übertragen werden.
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So oder so sorgt das Stellelement dafür, dass das Kupplungselement bei seiner Beaufschlagung in die Position ”offen” überführt wird. Denn bei dem Kupplungselement handelt es sich vorteilhaft um ein mit der Antriebswelle wechselwirkendes Reibelement mit veränderbarem Querschnitt. Tatsächlich hat es sich bewährt, wenn das Kupplungselement als die Antriebswelle umschließende Feder und insbesondere Schlingfeder, ausgebildet ist. Sobald das Stellelement das Kupplungselement beaufschlagt, sorgt diese Beaufschlagung im Regelfall dafür, dass die an dieser Stelle realisierte und die Antriebswelle umschließende Feder ihren Querschnitt vergrößert, so dass die zuvor von der fraglichen Feder blockierte Antriebswelle nunmehr frei oder praktisch frei rotieren kann. Lediglich in der Türeinheit insgesamt vorhandene Reibungskräfte sorgen für eine Bewegungsdämpfung. Bei diesem Vorgang ist der Freilauf insgesamt eingerückt.
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Kommt der Türflügel und mit ihm die Antriebswelle zur Ruhe oder nahezu zur Ruhe, so gilt dies auch für das Stellelement, welches nun nicht (mehr) in der Lage ist, das Kupplungselement in der Position ”offen” entgegen der hierbei zu überwindenden Federkräfte halten zu können. Folgerichtig geht das Kupplungselement in die Position ”geschlossen” über und das Stellelement kommt ebenfalls zur Ruhe. Der Freilauf ist – noch – ”eingerückt”.
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Da bei feststehendem Türflügel etwaige den Türflügel beaufschlagende Kräfte entfallen, werden Vorspannkräfte frei, die nun dafür sorgen, dass der Freilauf seine Position ”ausgerückt” einnimmt. Hiervon ausgehend kann nun der Freilauf erneut in den eingerückten Zustand überführt werden, um das Kupplungselement in die Position ”offen” zu verbringen. Das gelingt unabhängig von der Drehrichtung der Antriebswelle und folglich unabhängig von der Schwenkbewegung des Türflügels, egal ob es sich nun um eine Öffnungsbewegung oder eine Schließbewegung gegenüber der Kraftfahrzeugkarosserie handelt. Dadurch ist eine besonders hohe Funktionssicherheit gegeben.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
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1 die erfindungsgemäße Türeinheit in einer Übersicht,
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2 das Kupplungsglied veränderbarer Schließkraft im Detail,
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3A und 3B einen Schnitt durch den Freilauf des Kupplungsgliedes in unterschiedlichen Funktionsstellungen und
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4 eine abgewandelte Ausführungsform des Freilaufes nach den 3A und 3B.
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In der 1 ist eine Türeinheit dargestellt, bei welcher es sich um eine Kraftfahrzeug-Türeinheit handelt. Diese verfügt in ihrem grundsätzlichen Aufbau über einen Türflügel bzw. Schwenktürflügel 1, der sich um einen Drehpunkt bzw. eine Drehachse 2 in der in der 1 angedeuteten Richtung verschwenken lässt. Hierzu korrespondiert ein Doppelpfeil mit zugehörigem Schwenkwinkel α. An den Türflügel bzw. Schwenktürflügel 1 ist ein Bewegungsübertragungsglied 3, 4 angeschlossen, welches sich an einer Karosserie bzw. Kraftfahrzeugkarosserie 5 abstützt.
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Das Bewegungsübertragungsglied 3, 4 setzt sich in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einer Zahnstange 3 mit Zahnradanordnung und einer Antriebswelle 4 zusammen. Da die Zahnstange 3 an den Schwenktürflügel 1 angeschlossen ist bzw. mit der ortsfest an oder im Schwenktürflügel 1 angebrachten Antriebswelle 4 kämmt, korrespondieren die in der 1 gezeigten Schwenkbewegungen des Türflügels 1 dazu, dass die Zahnstange 3 linear hin- und herbewegt wird. Diese Bewegungen werden über die Zahnradanordnung der Zahnstange 3 auf die Antriebswelle 4 übertragen, die folgerichtig rotiert.
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Die Antriebswelle 4 wechselwirkt mit einem Kupplungsglied 6, 7 bzw. durchdringt das fragliche Kupplungsglied 6, 7. Insofern kann grundsätzlich auch auf eine Zahnstange 3 verzichtet werden und lässt sich die gesamte in 2 dargestellte Anordnung beispielsweise in eine Scharnierachse bzw. die Drehachse 2 des Türflügels 1 integrieren, was jedoch nicht dargestellt ist.
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Das Kupplungsglied 6, 7 setzt sich aus wenigstens einem Kupplungselement 6 und einem auf das Kupplungselement 6 arbeitenden sowie von der Antriebswelle 4 beaufschlagten Stellelement 7 zusammen. Auf diese Weise kann das Kupplungsglied 6, 7 durch die Wechselwirkung mit der Antriebswelle 4 eine veränderbare Schließkraft definieren. Mit Hilfe dieser veränderbaren Schließkraft des Kupplungsgliedes 6, 7 lässt sich wahlweise eine Feststellfunktion des Türflügels 1 darstellen. Tatsächlich korrespondiert die Stellung ”geschlossen” des Kupplungsgliedes 6, 7 bzw. des Kupplungselementes 6 dazu, dass der Türflügel 1 fixiert wird. In der Stellung ”offen” des Kupplungsgliedes 6, 7 bzw. des Kupplungselementes 6 lässt sich dagegen der Türflügel 1 mehr oder minder reibungslos respektive reibungsarm um den Drehpunkt bzw. die Drehachse 2 gegenüber der Kraftfahrzeugkarosserie 5 unter Berücksichtigung des gewünschten Schwenkwinkels α hin- und herbewegen.
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Um das Kupplungsglied 6, 7 wahlweise in die besprochene Stellung ”geschlossen” oder ”offen” überführen zu können, arbeitet das Stellelement 7 in entsprechendem Sinne auf das Kupplungselement 6. Das geschieht im Detail und erfindungsgemäß derart, dass der Antrieb bzw. die Antriebswelle 4 unter Zwischenschaltung eines Freilaufes 8, 9, 10 mit dem Stellelement 7 gekoppelt ist. Tatsächlich sorgt der Freilauf 8, 9, 10 in eingerücktem Zustand dafür, dass die Antriebswelle 4 mechanisch mit dem Stellelement 7 gekoppelt ist. Dadurch wird das Kupplungselement 6 mit Hilfe des Stellelementes 7 in seine Position ”offen” überführt. Hierzu korrespondiert die Situation, dass die Antriebswelle 4 von dem Kupplungselement 6 freikommt und folglich mehr oder minder ungehindert rotieren kann. Der Türflügel 1 lässt sich folglich reibungsarm verschwenken.
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Befindet sich dagegen der Freilauf 8, 9, 10 in ausgerücktem Zustand, so ist die Antriebswelle 4 mechanisch von dem Stellelement 7 entkoppelt. Das Stellelement 7 kann folglich das Kupplungselement 6 nicht (mehr) beaufschlagen, so dass das Kupplungselement 6 – federunterstützt – seine Position ”geschlossen” einnimmt. Die geschlossene Position des Kupplungselementes 6 korrespondiert dazu, dass das Kupplungselement 6 die Antriebswelle 4 festhält. Hierzu korrespondiert zugleich die Feststellfunktion des Türflügels 1. Das heißt, der Türflügel 1 wird ebenfalls fixiert.
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Der in den 3A und 3B sowie 4 im Detail dargestellte Freilauf 8, 9, 10 arbeitet insgesamt richtungsunabhängig. Das heißt, der Freilauf 8, 9, 10 lässt sich sowohl durch eine Uhrzeigersinnbewegung der Antriebswelle 4 als auch durch deren Gegenuhrzeigersinnbewegung von der im Regelfall eingenommenen ausgerückten Stellung in die eingerückte Position überführen und umgekehrt.
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Zu diesem Zweck ist der Freilauf 8, 9, 10 im Detail dreiteilig ausgebildet und setzt sich aus einem Klemmring 10, einer Hülse 8 sowie einem dazwischen angeordneten Käfig 9 zusammen. Der Käfig 9 trägt mehrere Rollenelemente 11, die seine Bewegbarkeit zwischen einerseits dem Klemmring und andererseits der Hülse 8 gewährleisten. Die Hülse 8 ist ihrerseits mit dem Stellelement 7 gekoppelt, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
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Außerdem lässt sich der Klemmring 10 gegenüber einer ortsfesten Basis 12 bewegen, und zwar unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Reibmomentes μ. Tatsächlich kann der Klemmring 10 Drehbewegungen um eine gemeinsame Achse A – in geringem Umfang – ausführen. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert werden.
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Die Antriebswelle 4 ist rotationssymmetrisch im Vergleich zu der bereits angesprochenen Achse respektive Rotationsachse A ausgebildet. Das gilt auch für den Freilauf 8, 9, 10 sowie das Kupplungselement 6. Außerdem ist die Antriebswelle 4 mit dem Käfig 9 mechanisch verbunden. Sobald die Antriebswelle 4 – ausgehend von der in 3A dargestellten ausgerückten Stellung des Freilaufes 8, 9, 10 – im Beispielfall im dargestellten Gegenuhrzeigersinn rotiert wird, erfährt das jeweilige Rollelement 11 nach einem geringen Stellweg eine Klemmung in einer Klemmausnehmung 12 des Klemmringes 10. Sobald der Käfig 9 gegenüber dem Klemmring 10 geklemmt ist, wird bei diesem Vorgang zugleich auch die Hülse 8 mit Hilfe des Käfigs 9 geklemmt, so dass der Freilauf 8, 9, 10 eingerückt ist. In dieser eingerückten Stellung sorgt der Freilauf 8, 9, 10 dafür, dass die mit dem Käfig 9 gekoppelte Antriebswelle 4 unter Zwischenschaltung des Freilaufes 8, 9, 10 mit dem Stellelement 7 gekoppelt ist. Sobald der Freilauf 8, 9, 10 insgesamt rotiert, werden diese Rotationen auf das Stellelement 7 übertragen.
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Tatsächlich handelt es sich bei dem Stellelement 7 ausweislich der Darstellung nach 2 um eine Schlingfederkupplung bzw. das Stellelement 7 weist eine solche auf. Das heißt, das Stellelement 7 ist an die Hülse 8 des Freilaufes 8, 9, 10 angeschlossen bzw. ein Ende der Schlingfederkupplung geht eine feste Verbindung mit der betreffenden Hülse 8 ein. Sobald der Freilauf 8, 9, 10 eingerückt ist und rotiert, wird die betreffende Schlingfeder mit der Hülse 8 mitgenommen und sorgt dafür, dass das Stellelement 7 ebenfalls rotiert. Denn die Schlingfederkupplung umschließt hierbei einen Betätigungszapfen 13 per Reibschluss und nimmt ihn bei der geschilderten Drehbewegung ”mit”. Die Drehbewegung des Stellelementes 7 wird über ein Betätigungselement 14 auf das Kupplungselement 6 übertragen.
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Auch bei dem Kupplungselement 6 handelt es sich um eine Schlingfederkupplung bzw. eine Schlingfeder respektive allgemein ein Reibelement, wie es auch beim Stellelement 7 verwirklicht ist. Die Schlingfeder bzw. deren Durchmesser wird mit Hilfe des Betätigungselementes 14 bei diesem Vorgang vergrößert. Dadurch wird das Kupplungselement 6 in den Zustand ”offen” überführt und umschließt die an dieser Stelle realisierte Schlingfeder die Antriebswelle 4 nicht (mehr) reibend. Folgerichtig kann die Antriebswelle 4 rotieren.
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Kommt die Antriebswelle 4 zur Ruhe bzw. zum Stillstand (ebenso wie der Türflügel 1), so wird auch das Stellelement 7 nicht (mehr) beaufschlagt, so dass das Kupplungselement 6 seinen ursprünglichen Querschnitt federunterstützt wieder einnimmt und folglich das Kupplungselement 6 in die Position ”geschlossen” überführt wird. Zugleich legt sich die in diesem Zusammenhang realisierte Schlingfeder an die Antriebswelle 4 an und hält diese fest.
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Da bei diesem Vorgang der Türflügel 1 nicht (mehr) beaufschlagt wird, können im System bzw. der Türeinheit insgesamt zuvor aufgebaute Rückstellkräfte wirksam werden. Diese Rückstellkräfte sorgen dafür, dass der zuvor im Gegenuhrzeigersinn bewegte und nunmehr stillstehende Klemmring 10 – geringfügig – in Gegenrichtung, das heißt im Uhrzeigersinn, bewegt wird. Dies erkennt man beim Übergang von der 3A zur 3B. Tatsächlich sorgt diese Rückstellbewegung dafür, dass der Freilauf 8, 9, 10 von seiner zuvor eingenommenen Position ”eingerückt” erneut in die Stellung ”ausgerückt” übergeht. Auf diese Weise kann in einem anschließenden und nachgeschalteten Schritt der Freilauf 8, 9, 10 erneut in die eingerückte Stellung überführt werden, und zwar ungeachtet der Drehrichtung der Antriebswelle 4 und folglich des Käfigs 9.
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Eine vergleichbare Rückstellbewegung beobachtet man bei der Variante nach 4. Hier ist das jeweilige Rollelement 11 des Käfigs 9 insgesamt elastisch gelagert. Tatsächlich wir das Rollelement 9 seinerseits in einem Rollkäfig 15 aufgenommen, der sich mit Hilfe von beidseitigen Federn 16 gegenüber Strukturelementen 17 des Käfigs 9 abstützt. Auf diese Weise kommt es erneut zu einer Relativbewegung zwischen dem Klemmring 10 und dem Käfig 9, sobald der Türflügel 1 von einem Bediener (nicht) mehr beaufschlagt wird und die Türeinheit insgesamt eine Entlastung erfährt. Denn in diesem Fall sorgt die jeweils vorgespannte Feder 16 in eingerücktem Zustand des Freilaufes 8, 9, 10 bei ruhender Antriebswelle 4 dafür, dass es zu der gewünschten Relativbewegung zwischen dem Klemmring 10 und dem Käfig 9 mit der Folge kommt, dass der Freilauf 8, 9, 10 insgesamt wie gewünscht ausgerückt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009059881 A1 [0002]
