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Die Erfindung betrifft ein Scharnier für eine Tür, Klappe oder dergleichen schwenkbaren Flügel eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein derartiges Scharnier ist beispielsweise bereits aus der
DE 198 17 699 A1 als bekannt zu entnehmen und umfasst ein aufbauseitiges sowie ein türseitiges Scharnierteil, welche um einen Scharnierzapfen relativ zueinander verschwenkbar sind. Das Scharnier umfasst dabei eine integrierte Türhalteeinrichtung, welche ein auf Seiten des einen – vorliegend aufbauseitigen – Scharnierteils ein Halteelement in Form eines Brems- und Haltekörpers umfasst, welcher mit einer Haltekontur auf Seiten des anderen Scharnierteils – vorliegend auf Seiten des mit dem anderen Scharnierteil verbundenen Scharnierzapfens – zusammen wirkt. Die Haltekontur hat dabei einen kontinuierlich ansteigenden Konturverlauf nach Art einer Bremsrampe.
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Ferner ist aus der
DE 199 53 077 A1 ein weiteres Scharnier für einen Kraftwagen bekannt, welches ebenso eine integrierte Türhalteeinrichtung aufweist.
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Bei solchen reibungsbasierten Türhalteeinrichtungen treten gegebenenfalls sehr hohe Flächenpressungen an den Reibpaarungen in Folge einer Linienberührung auf. Diese schränken die Materialwahl drastisch ein und sind verschleißanfällig. Durch eine sehr hohe Federrate sind die Hübe an der Reibpaarung sehr gering. Dies verursacht zum Einen sehr hohe Toleranzanforderungen im Fertigungsprozess und lässt zum Anderen auch keine feine Steuerung mittels der Haltekontur zu.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Scharnier der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einfacher und kompakter gebaut werden kann und darüber hinaus eine weitaus weniger toleranzempfindliche Türhalteeinrichtung aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Scharnier mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um ein Scharnier der eingangs genannten Art zu schaffen, welches äußerst Bauraum sparend ausgebildet werden kann und dessen Türhalteeinrichtung wenig toleranzempfindlich ist, ist das Halteelement als mit einer Klemmfläche des Scharnierzapfens zusammen wirkendes Klemmelement ausgebildet, dessen Klemmkraft über ein Übertragungselement in Abhängigkeit der Haltekontur einstellbar ist. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, ein Klemmelement zu schaffen, welches bevorzugt mit der Außenumfangsseite des Scharnierzapfens zusammenwirkt. Dieses Klemmelement kann dabei beispielsweise den Scharnierzapfen umgreifen, insbesondere umschlingen, wobei die durch das Klemmelement auf den Scharnierzapfen ausgeübte Klemmkraft mittels des Übertragungselements variiert werden kann. Die Variation der Klemmkraft erfolgt dabei in Abhängigkeit der Haltekontur, welche mit einem dem Klemmelement abgewandten Ende des Übertragungselements zusammen wirkt.
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Die vorliegende Ausgestaltung der Türhalteeinrichtung mit dem Klemmelement hat dabei den Vorteil, dass das Scharnier äußerst Platz sparend ausgebildet sein kann. Ein derartiges Klemmelement kann nämlich bei geringem Platzbedarf eine erhebliche Klemmkraft erzeugen, um beispielsweise die gegenseitige Schwenkbewegung der Scharnierteile abzubremsen beziehungsweise vollständig zu unterbinden.
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Durch die Verwendung eines Übertragungselements, welches mit der Haltekontur zusammenwirkt, kann darüber hinaus eine entsprechende Kraftübersetzung erreicht werden, so dass relativ große Brems- beziehungsweise Haltekräfte der Türhalteeinrichtung bei äußerst geringem Platzbedarf erreicht werden können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich dabei als vorteilhaft gezeigt, wenn das Klemmelement den Scharnierzapfen in einem im Querschnitt kreisringsegmentförmigen Rohrbereich in einem Winkelbereich von > 180° umgreift. Durch Verkleinern des Innendurchmessers dieses Rohrbereichs kann somit ein Kontakt zum korrespondierenden Klemmbereich des Scharnierzapfens hergestellt werden, wobei je nach Einstellung des Innendurchmessers mittels des Übertragungselements die Klemm- beziehungsweise Haltekraft, welche auf den Scharnierzapfen aufgebracht wird, vergrößert oder verkleinert werden kann. Hierdurch kann auf besonders günstige Weise die übertragene Kraft beziehungsweise das übertragene Moment zwischen den zwei Scharnierteilen eingestellt werden.
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Die Haltekontur der Türhalteeinrichtung ist bevorzugt am Scharnierzapfen selbst vorgesehen. Insbesondere hat es sich dabei als vorteilhaft gezeigt, wenn die Haltekontur an einem separaten, drehfest mit dem Scharnierzapfen verbundenen Konturelement vorgesehen ist. Somit korrespondiert die Drehung des Scharnierzapfens beziehungsweise des zugehörigen Scharnierteils zur Drehung der Haltekontur, welche ihrerseits über das Übertragungselement die Einklemmkraft des auf den Scharnierzapfen wirkenden Klemmelements steuert.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Übertragungselement zwischen der Haltekontur und dem Klemmelement als Übertragungshebel ausgebildet ist. Ein derartiger Übertragungshebel hat den Vorteil, dass relativ hohe Klemmkräfte erzeugt werden können. Dies ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung insbesondere dadurch realisierbar, dass ein der Haltekontur zugewandter Hebelarm des Übertragungshebels länger ist als ein dem Klemmelement zugewandter Hebelarm. Dies hat den Vorteil, dass zwischen den in Reibkontakt stehenden Bauteilen – der Haltekontur und dem entsprechenden Hebelarm – relativ geringe Reibungskräfte auftreten, wohingegen auf Seiten des Klemmelements über den längeren Hebelarm des Übertragungselements relativ große Kräfte erzeugt werden können.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Klemmelement drehfest mit dem einen Scharnierteil und die Haltekontur drehfest mit dem anderen Scharnierteil, insbesondere mit dem Scharnierzapfen, verbunden ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Steuerung der Türhalteeinrichtung.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass eine den Scharnierzapfen aufnehmende Zapfenöffnung des korrespondierenden Scharnierteils also im Querschnitt gegenüber dem Scharnierzapfen vergrößerte Durchgangsöffnung ausgebildet ist, welche zu beiden Öffnungsseiten hin mittels eines jeweiligen Deckels verschlossen ist. Die gegenüber dem Scharnierzapfen vergrößerte Zapfen- beziehungsweise Durchgangsöffnung hat dabei den Vorteil, dass die Türhalteeinrichtung entlang der Scharnierachse von oben oder von unten her in das korrespondierende Scharnierteil eingeführt werden kann, was eine erhebliche Erleichterung der Montage bedeutet. Ein weiterer Vorteil der vergrößerten Ausbildung der Zapfen- beziehungsweise Durchgangsöffnung gegenüber dem Scharnierzapfen besteht darin, dass die Lage der Scharnierachse in einem gewissen Rahmen wählbar ist. Somit ergibt sich eine erhöhte Designfreiheit für das Scharnier.
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In einfacher Weise kann dabei die als Durchgangsöffnung ausgebildete Zapfenöffnung durch jeweilige, ober- beziehungsweise unterseitig angebrachte Deckel verschlossen werden, wobei die Deckel einerseits zum Schutz der Türhalteeinrichtung dienen und andererseits die Lage der Scharnierachse definieren.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine solche Durchgangsöffnung weitaus einfacher herstellbar ist, so dass einzelne Scharnierteile beispielsweise auch aus Halbzeugen hergestellt werden können. Im Ergebnis lassen sich ein bedeutend einfacherer Aufbau des Scharniers mit integrierter Türhalteeinrichtung sowie eine einfachere Montage realisieren.
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Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft gezeigt, wenn beide Deckel separat von dem Scharnierzapfen ausgebildet sind. Somit ist die Zapfenöffnung von beiden Seiten zugänglich und die Position der Scharnierachse besonders günstig wählbar.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht des Weiteren vor, dass die Türhalteeinrichtung zumindest im Wesentlichen innerhalb der Zapfenöffnung angeordnet ist. Somit kann nicht nur ein besonders Platz sparendes Scharnier geschaffen werden, sondern darüber hinaus ist die Türhalteeinrichtung besonders geschützt angeordnet.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine Perspektivansicht sowie eine Seitenansicht auf ein Scharnier für eine Tür eines Personenkraftwagens mit einem aufbauseitigen Scharnierteil und mit einem einem türseitigen Scharnierteil zugeordneten Scharnierzapfen, um welchen die Scharnierteile relativ zueinander verschwenkbar sind, und mit einer integrierten Türhalteeinrichtung, welche innerhalb einer den Scharnierzapfen aufnehmenden Zapfenöffnung des aufbauseitigen Scharnierteils angeordnet ist, wobei die Zapfenöffnung als im Querschnitt gegenüber dem Scharnierzapfen vergrößerte Durchgangsöffnung ausgebildet ist, welche vorliegend zu beiden Öffnungsseiten der Durchgangsöffnung hin mittels eines jeweiligen Deckels verschlossen ist;
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2 eine Explosionsdarstellung des Scharniers gemäß 1, wobei neben dem aufbauseitigen Scharnierteil und dem Scharnierzapfen insbesondere ein mit einer Klemmfläche des Scharnierzapfens zusammenwirkendes Klemmelement erkennbar ist, dessen Klemmkraft über ein Übertragungselement in Form eines Übertragungshebels in Abhängigkeit einer Haltekontur einstellbar ist, wobei die Haltekontur an einem separaten, drehfest mit dem Scharnierzapfen verbundenen scheibenartigen Konturelement vorgesehen ist, und wobei außerdem einer der beiden Deckel zum Verschließen der Durchgangsöffnung dargestellt ist;
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3 eine Perspektivansicht auf das Scharnier mit der Türhalteeinrichtung in einer leicht modifizierten Ausführungsform; und in
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4 eine perspektivische Unteransicht auf die Türhalteeinrichtung des Scharniers, wobei insbesondere der Scharnierzapfen, das mit der Klemmfläche des Scharnierzapfens zusammenwirkende Klemmelement sowie das Übertragungselement in Form des Übertragungshebels erkennbar ist, welcher in Abhängigkeit der Haltekontur des scheibenförmigen Konturelements einstellbar ist.
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In 1 ist in einer Perspektivansicht sowie einer Seitenansicht ein Scharnier für eine Seitentür eines Personenkraftwagens dargestellt. Das vorliegende Scharnier kann prinzipiell auch für eine Klappe oder einen anderen schwenkbaren Flügel im Kraftwagenbau eingesetzt werden. Gemäß 2 ist dieses Scharnier in einer Explosionsdarstellung gezeigt.
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Wie nun aus den 1 und 2 erkennbar ist, umfasst das Scharnier zunächst ein aufbauseitiges Scharnierteil 10, welches einen Scharnierzapfen 12 auf im Weiteren noch näher beschriebene Weise aufnimmt. Der Scharnierzapfen 12 ist seinerseits drehfest mit einem nicht erkennbaren türseitigen Scharnierteil verbunden, welches beispielsweise von der Oberseite her auf einen Kopf 14 aufsetzbar ist. Demzufolge ist das aufbauseitige Scharnierteil 10 und das türseitige Scharnierteil um den Scharnierzapfen 12 relativ zueinander verschwenkbar.
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Wie nun aus 2 erkennbar ist, weist das aufbauseitige Scharnierteil 10 eine Zapfenöffnung 16 auf, welche im Querschnitt gegenüber dem Scharnierzapfen 12 vergrößert und als Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist die Zapfenöffnung 16 sowohl zu einer Oberseite 18 wie auch einer Unterseite 20 des aufbauseitigen Scharnierteils 10 hin offen.
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Die Zapfenöffnung 16 ist insbesondere deshalb gegenüber dem Scharnierzapfen 12 im Querschnitt vergrößert ausgebildet, weil eine integrierte Türhalteeinrichtung 22 vorgesehen ist, welche in Zusammenschau mit den 3 und 4 noch näher erkennbar ist. 3 zeigt hierzu eine Perspektivansicht auf das Scharnier, welches allerdings etwas modifiziert ist. 4 zeigt in einer weiteren Perspektivansicht die wesentlichen Bauteile der Türhalteeinrichtung 22.
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Die Türhalteeinrichtung 22 umfasst neben dem Scharnierzapfen 12 zunächst ein Klemmelement 24, welches einen im Querschnitt kreisringsegmentförmigen Rohrbereich 26 sowie zwei sich daran anschließende Schenkel 28, 30 umfasst. Der Innendurchmesser des Rohrbereichs 26 des Klemmelements 24 ist dabei an einen Außendurchmesser des Scharnierzapfens 12 im Bereich einer Klemmfläche 32 angepasst. Mit anderen Worten kann eine Brems- oder Haltekraft, welche eine Bewegung des Scharnierzapfens 12 bremst beziehungsweise vollständig unterbindet, dadurch erzeugt werden, dass die beiden Schenkel 28, 30 aufeinander zu bewegt werden. Hierdurch verringert sich nämlich der Innendurchmesser des Rohrbereichs 26, und damit wird ein Kraftschluss beziehungsweise Reibschluss mit der entsprechenden Klemmfläche 32 des Scharnierzapfens 12 erzielt.
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In eingebautem Zustand stützt sich dabei der Schenkel 28 an einer Gegenfläche 34 der Zapfenöffnung 16 ab. Mit anderen Worten verbleibt der Schenkel 28 somit stets ortsfest.
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Der gegenüberliegende Schenkel 30 hingegen kann mehr oder weniger weit von dem Schenkel 28 entfernt beziehungsweise angenähert werden, um die Brems- beziehungsweise Haltekraft für den Scharnierzapfen 12 beziehungsweise das türseitige Scharnierteil einzustellen.
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Dies erfolgt im vorliegenden Fall durch ein Übertragungselement 36 in Form eines Übertragungshebels, welcher ebenfalls innerhalb der Zapfenöffnung 16 aufgenommen ist. Die Anordnung des Übertragungshebels 36 ist dabei insbesondere aus den 3 und 4 erkennbar, wobei aus 3 insbesondere deutlich wird, dass der Übertragungshebel 36 um eine in Fahrzeughochrichtung verlaufende Hebelachse 38 mit der geometrischen Achse U schwenkbar am aufbauseitigen Scharnierteil 10 gelagert ist. Die Achse U beziehungsweise die Hebelachse 38 verlaufen im vorliegenden Fall in Erstreckungsrichtung der Zapfenöffnung 16 beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung.
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Des Weiteren ist insbesondere aus 2 ein Konturelement 40 in Form einer Scheibe erkennbar, welche eine nicht-rotationssymmetrisch bzw. außermittig angeordnete Mittelöffnung 42 umfasst, über welche das Konturelement 40 auf einen komplementär ausgebildeten Bereich 44 des Scharnierzapfens 12 aufsteckbar ist. Das Konturelement 40 ist somit drehfest mit dem Scharnierzapfen 12 verbunden. Insbesondere weist das Konturelement 40 dabei an seinem Außenumfang eine Haltekontur 46 auf, deren Funktion im Weiteren noch näher erläutert werden wird. Als im Rahmen der Erfindung mit umfasst ist es dabei zu betrachten, dass die Haltekontur 46 gegebenenfalls auch unmittelbar an dem Scharnierzapfen 12 vorgesehen sein könnte.
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Wie nun des Weiteren aus den 2 bis 4 erkennbar ist, weist das Übertragungselement in Form des Übertragungshebels 36 beidseitig von seiner Achse U einen jeweiligen Hebelarm 48 beziehungsweise 50 auf. Die beiden Hebelarme 48, 50 sind dabei unterschiedlich lang gestaltet. Der längere Hebelarm 50 ist der Haltekontur 46 des Konturelements 40 zugewandt, während der kürzere Hebelarm 48 dem Schenkel 30 des Klemmelements 24 zugewandt ist. Der lange Hebelarm 50 steht dabei über einen Gleitnocken 52 mit der Haltekontur 46 des Konturelements 40 in Gleitkontakt. Am kürzeren Hebelarm 52 ist ebenfalls ein Nocken 54 vorgesehen, welcher gegen den Schenkel 30 des Klemmelements 24 gedrückt ist.
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Wie nun insbesondere aus den 3 und 4 erkennbar ist, führt somit beim Öffnen beziehungsweise Schließen der Tür und des Scharniers eine damit einhergehende Rotationsbewegung des Scharnierzapfens 12 relativ zu dem aufbauseitigen Scharnierteil 10 dazu, dass der Gleitnocken 52 des Übertragungshebels 36 entlang der Haltekontur 46 des Konturelements 40 gleitet. Da die Haltekontur 46 einen Konturverlauf mit variablen Radien zur Mittelachse M des Scharnierzapfens 12 aufweist, führt ein Gleiten des Gleitnockens 52 entlang der Haltekontur 46 zu einer Schwenkbewegung des Übertragungshebels 36. Diese Schwenkbewegung des Übertragungshebels 36 führt wiederum dazu, dass der Schenkel 30 relativ zu dem feststehenden Schenkel 28 des Klemmelements 24 bewegt wird, wodurch die Klemmkraft zwischen dem Rohrbereich 26 und der Klemmfläche 32 des Scharnierzapfens 12 variiert werden kann. In Folge der Drehbewegung des Scharnierzapfens 12 wird somit über die Haltekontur 46 und den Übertragungshebel 36 eine unterschiedliche Klemmkraft mittels des Klemmelements 24 erzeugt, welche die Schwenkbewegung des Scharniers beeinflusst. Je nach eingestellter Klemmkraft ist nämlich das Scharnier leicht- beziehungsweise schwergängiger. Bei einer besonders hohen Klemmkraft erfolgt demzufolge auch eine Festsetzung des Scharnierzapfens 12 beziehungsweise des türseitigen Scharnierteils gegenüber dem aufbauseitigen Scharnierteil 10. Bei einer geringen bzw. keiner Klemmkraft kann zwischen dem Rohrbereich 26 und der korrespondierenden Klemmfläche 32 des Scharnierzapfens 12 kein Reibkontakt bestehen.
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Insgesamt ist somit eine Türhalteeinrichtung 22 geschaffen, mittels welcher die Öffnungsschwenkbewegung der Scharnierteile 10 beziehungsweise der Tür eingestellt werden kann. Die Klemmkraft wird dabei über das Übertragungselement 36 in Abhängigkeit der Haltekontur 46 eingestellt. Dabei kann türspezifisch natürlich auf einfache Weise eine Einstellung der Klemmkraft dadurch erfolgen, dass eine spezifische Haltekontur 46 erzeugt wird. Hierzu muss türspezifisch nur das Konturelement 40 gewählt werden. Insgesamt ist zudem erkennbar, dass die Funktion des Erzeugens des Haltemoments von dem Öffnungswinkel abhängigen Steuern des Haltemoments getrennt ist. Die eine Funktion erfolgt nämlich durch die Haltekontur 46, die andere Funktion durch das Klemmelement 24.
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Weiterhin ist erkennbar, dass die Reibpaarung durch teilweises Umschlingen des Scharnierzapfens 12 erfolgt, was zu einer signifikant niedrigeren Flächenpressung führt. Insbesondere ist aus 2 erkennbar, dass der Rohrbereich 26 in einem Winkelbereich von > 180° den Scharnierzapfen 12 im Bereich der Klemmfläche 32 umgreift. Durch die Wahl geeigneter Hebellängen der Hebelarme 48, 50 kann die zu erzeugende Klemmkraft des Klemmelements 24 auf einfache Weise eingestellt werden. So kann durch die Hebelübersetzung das Konturelement 40 wesentlich stärker und steiler konturiert werden. Optional ist es zudem denkbar, die Achse U des Übertragungshebels 36 einstellbar zu gestalten, um das Niveau des Haltemoments einzustellen. Durch die Funktionstrennung kann die Berührfläche zwischen Konturelement 40 und Übertragungshebel 36 wesentlich vergrößert werden, wodurch das Scharnier verkleinert ausgebildet werden kann. Durch die Hebelübersetzung lassen sich zudem wesentlich prägnantere Haptikkonturen erzeugen. Zudem ist dieses System weniger toleranzempfindlich.
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Wie des Weiteren insbesondere aus 1 erkennbar ist, ist die gegenüber dem Scharnierzapfen 12 im Querschnitt vergrößerte Zapfenöffnung 16 oberseitig und unterseitig – also zu beiden Öffnungsseiten der Zapfenöffnung 16 hin – mittels eines jeweiligen Deckels 56 verschlossen. Jeder der beiden Deckel 56 weist dabei eine Lageröffnung 58 auf, welche die Position der Mittelachse M des Scharnierzapfens 12 relativ zu dem aufbauseitigen Scharnierteil 10 bestimmt. Die Ausbildung der Zapfenöffnung 16 als Durchgangsöffnung hat dabei den Vorteil, dass die Türhalteeinrichtung 22 entlang der Scharnierachse M von oben oder unten her in das entsprechende Scharnierteil 10 eingeführt werden kann. Dies bringt erhebliche Erleichterungen beim Einbau mit sich.
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Ein weiterer Vorteil der durchgängigen Zapfenöffnung 16 besteht darin, dass diese einen einheitlichen Querschnitt aufweisen kann und demzufolge zumindest in einem die Zapfenöffnung 16 aufweisenden Scharnierteilbereich 60 aus einem Profilhalbzeug, insbesondere einem Strangpressprofil oder einem Walzprofil, mit bereits eingebrachter Durchgangsöffnung gebildet sein kann. Der Raum für die Türhalteeinrichtung 22 kann somit bereits im Halbzeug des Profils vorhanden sein, wobei eventuell noch geringfügige, beispielsweise spanende Nachbearbeitungen erforderlich sind. Dadurch wird der Fertigungsaufwand gegenüber heutigen Konzepten signifikant verringert. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht demzufolge des Weiteren vor, dass nicht nur der Scharnierteilbereich 60, sondern das gesamte Scharnierteil 10 aus einem entsprechenden Strangpress- oder Walzprofil oder dergleichen hergestellt werden kann.
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Da die beiden Deckel 56 separat ausgebildet sind, hat dies den weiteren Vorteil, dass durch diese die Position der Mittelachse M des Scharniers relativ zum jeweiligen Scharnierteil 10 eingestellt werden kann.
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Schließlich ist insbesondere aus 1 noch eine Wartungsöffnung 62 erkennbar. Diese kann beispielsweise zur Schmierung oder aber zur Einstellung der Türhalteeinrichtung 22 dienen.