DE19963702A1 - Feststellvorrichtung für zwei gegeneinander schwenkbare Bauteile - Google Patents

Abstract

Feststellvorrichtung für zwei gegeneinander schwenkbare Bauteile 1, 2 insbesondere für ein Scharnier. Ein Zahnsegment 4 ist an einem Bauteil angebracht und weist eine Stirnfläche auf, die wenigstens teilweise mit zahnartigen Vorsprüngen versehen ist. Ein Gegenlager am anderen Bauteil 1 rastet während der Schwenkbewegung der beiden Bauteile 1 und 2 an bestimmten Schwenkpositionen an dem Zahnsegment 4 ein. Das Gegenlager ist aus einem Federelement 5, 5a und einem daran drehbaren angebrachten Nockenrad 6 aufgebaut. Bei einer Schwenkbewegung der Bauteile 1, 2 um die Schwenkachse 3 rollt das Nockenrad 6 gegen die Federkraft der Feder 5, 5a auf der Stirnfläche des Zahnsegmentes 4 ab und rastet das Nockenrad 6 mit seinen Nocken in die Zwischenräume zwischen die zahnartigen Vorsprünge des Zahnsegmentes 4 ein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Feststellvorrichtung für zwei gegeneinander schwenkbare Bauteile, insbesondere für ein Schar­ nier, mit einem Rastteil, das an einem der Bauteile angebracht ist, und einem Gegenlager, das am anderen Bauteil angebracht ist, derart, daß das Gegenlager und das Rastteil während der Schwenkbewegung der beiden Bauteile an bestimmten Schwenkposi­ tionen einrasten.

Eine derartige Feststellvorrichtung ist auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik für das Türscharnier beim Typ Corvette C5 von General Motors bekannt.

Bei diesem Türscharnier sind die beiden Scharnierteile über zwei Bolzen verbunden, die die Schwenkachse bilden. An einem Scharnierteil befindet sich das in Form einer Kulisse ausgebil­ dete und über einen weiteren Bolzen drehbar gelagerte Rastteil. An diesem Scharnierteil ist weiterhin ein um 90° abgestellten Lappen vorgesehen, zwischen dem und der Kulisse eine Druckfeder befestigt ist. Am anderen Scharnierteil befindet sich ein nicht drehbarer Zapfen, gegen den die Kulisse durch die Druckfeder gepresst ist.

Beim Öffnen und Schließen der Tür über dieses bekannte Türscharnier werden die beiden Scharnierteile um die Drehachse geschwenkt, so daß sich die Kulisse relativ zum Bolzen bewegt. Aufgrund der Form der Kulisse kann der Bolzen in einer oder mehreren Schwenkpositionen, d. h. bei einem oder mehreren Türöff­ nungswinkeln an der Kulisse einrasten. An diesen Positionen, die die Feststellpositionen, der Tür sind, ist ein erhöhter Kraft­ aufwand erforderlich, um die Scharnierteile weiter gegeneinander zu verschwenken und die Tür weiter zu öffnen bzw. zu schließen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Feststellvorrichtung besteht darin, daß sich der Bolzen an der Kulisse unter einer hohen Flächenpressung relativ translatorisch bewegt. Diese er­ gibt sich aufgrund der konvex-konvexen Berührung der Feststell­ elemente, nämlich des Bolzens und der Kulisse, was zu einer sehr hohen Hertzschen Pressung führt. Die Folge ist ein hoher Ver­ schleiß der Kulisse und des Bolzens.

Bei einer Ausführung des Scharniers aus Stahl muß dieses zur Korrosionsvorbeugung lackiert sein. Da die Lackschicht je­ doch im Bereich der Kulisse und des Bolzens schon nach mehrmali­ gem Öffnen und Schließen der Tür beschädigt wird, tritt nach wenigen Wochen eine Korrosion bzw. Rostbildung auf. Das wiederum wirkt sich negativ auf die optischen Ansprüche der Benutzer aus, da die Scharniere im Sichtbereich liegen. Desweiteren treten Knack- und Schleifgeräusche beim Öffnen und Schließen der Tür auf.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, eine Feststellvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die keine hohen lokalen Spannungen im Betrieb entwic­ kelt und dadurch aus Leichtmetallwerkstoffen wie Aluminium her­ gestellt werden kann und einem geringeren Verschleiß ausgesetzt ist.

Gemäß der Erfindung soll weiterhin erreicht werden, daß der Platzbedarf bei hohen Anforderungen an die Funktion und Festig­ keit verringert ist, wodurch gleichfalls das Bauteilgewicht herabgesetzt ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Rastteil ein Zahnsegment mit einer wenigstens teilweise mit zahnartigen Vorsprüngen versehenen Stirnfläche ist und das Ge­ genlager aus einem Federelement und einem daran drehbaren ange­ brachten Nockenrad aufgebaut und so angeordnet ist, daß bei einem Schwenken der Bauteile das Nockenrad gegen die Federkraft der Feder auf der Stirnfläche des Zahnsegmentes abrollt und mit seinen Nocken in die Zwischenräume zwischen den zahnartigen Vorsprüngen des Zahnsegmentes einrastet.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung ergibt sich immer eine konkav-konvexe Berührung der Feststellelemente nämlich des Zahn­ segmentes und des Nockenrades, was die Hertzsche Pressung und daher den Verschleiß herabsetzt. Da auf Grund der niedrigeren Hertzschen Pressung keine lokalen hohen Spannungen im Betrieb auftreten, kann die Feststellvorrichtung aus Leichtmetallwerk­ stoffen wie Aluminium hergestellt werden.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildung der Erfindung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 5.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung beson­ ders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher be­ schrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbei­ spiels bei einem Fahrzeugtürscharnier im geschlossenen Zustand der Tür,

Fig. 2 bis 6 jeweils Schnittansichten senkrecht auf die Scharnierachse des Ausführungsbeispiels bei verschiedenen Öff­ nungswinkeln der Tür, und

Fig. 7 und 8 eine Seitenansicht und eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels.

Das in Fig. 1 dargestellte Fahrzeugtürscharnier umfaßt zwei Scharnierteile 1 und 2, von denen eines an der Fahrzeugtür und das andere am Fahrzeugrahmen angebracht wird. Die Scharnierteile 1 und 2 sind über einem Bolzen 3 schwenkbar verbunden, der die Scharnierachse bestimmt.

Beim Öffnen oder Schließen der Tür schwenkt das Scharnier­ teil 2 um den Bolzen 3 relativ zum anderen Scharnierteil 1, so daß die Fahrzeugtür unter einem gewissen Türöffnungswinkel an­ geordnet wird, wie es im einzelnen in den Fig. 2 bis 6 darge­ stellt ist.

Im Scharnierteil 1 befindet sich eine parallel zur Schar­ nierachse verlaufende Bohrung mit einem länglichen Querschnitt mit abgerundeten Enden. In dieser Bohrung sitzt ein Federele­ ment, das bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiel aus einer Torsionsfeder ggf. mit überlagertem Biegefeder­ anteilen in Form einer Doppelstabfeder 5 besteht. Ein Stab die­ ser Doppelstabfeder 5 ist aufgeteilt und ein Teil 5a des aufge­ teilten Stabes ist aus der Doppelstabfederebene in eine dazu unter einem spitzen Winkel verlaufende Ebene abgebogen. Diese Ausbildung der Doppelstabfeder 5 ist deutlicher in den Fig. 2 bis 6 dargestellt.

Auf dem abgebogenen Teil 5a der Feder 5 sitzt ein Nockenrad 6, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier in glei­ chem Winkelabstand angeordnete Nocken aufweist. Das Nockenrad 6 ist drehbar auf dem Federteil 5a angeordnet.

An dem anderen Scharnierteil 2 ist ein Zahnsegment 4 an­ geordnet oder ausgebildet, das eine Stirnfläche aufweist, die mit zahnartigen Vorsprüngen versehen ist. Bei dem in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier derartige Vor­ sprünge vorgesehen, die Anzahl der Vorsprünge hängt aber davon ab, in wieviel definierten Positionen die beiden Scharnierteile 1 und 2 festgestellt werden sollen.

Die zahnartigen Vorsprünge bestehen aus Kreissegmenten und sind nicht aus Evolventen aufgebaut. Diese Geometrie ist kom­ plementär am Nockenrad 6 vorgesehen.

Die Anordnung des Zahnsegmentes 4 mit seinen zahnartigen Vorsprüngen und des Nockenrades 6 ist derart, daß beim Schwenken der beiden Scharnierteile 1, 2 um die Achse 3 das Nockenrad 6 gegen die Federkraft des Federteils 5a auf der Stirnfläche des Zahnsegmentes 4 abrollt und mit seinen Nocken in die Zwischen­ räume zwischen den zahnartigen Vorsprüngen des Zahnsegmentes 4 einrastet.

Das Scharnierteil 2 ist weiterhin mit einem Anschlag 7 versehen, der eine Endposition der Schwenkbewegung der beiden Scharnierteile 1 und 2 relativ zueinander bestimmt. Diese Endpo­ sition ist in einer Seitenansicht in Fig. 6 dargestellt, aus der entnehmbar ist, daß in dieser Position das Scharnierteil 2 mit seinem Anschlag 7 zur Anlage an der Außenfläche des Scharnier­ teils 1 kommt.

Im folgenden wird anhand der Fig. 2 bis 6 die Funktions­ weise der in Fig. 1 dargestellten Feststellvorrichtung im ein­ zelnen beschrieben.

Fig. 2 zeigt die Stellung der beiden Scharnierteile 1 und 2 im geschlossenen Zustand einer Tür, die am Scharnierteil 2 angebracht ist, wenn das Scharnierteil 1 am zugehörigen Rahmen insbesondere am Fahrzeugrahmen angebracht ist.

Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, steht in dieser Position das Zahnsegment 4 nicht mit dem Nockenrad 6 in Eingriff und ist ein freies Schwenken des Scharnierteils 2 gegenüber dem Schar­ nierteil 1 um einen gewissen Winkelbereich möglich, ohne daß hierzu größere Kräfte aufzuwenden sind. Dieser Bereich ent­ spricht dem Endbereich der Schließbewegung der Tür. In Fig. 2 ist beispielsweise ein Schwenkwinkel von 85° dargestellt, der dem geschlossenem Zustand der Tür entspricht.

Wenn aus der in Fig. 2 dargestellten Position die Tür ge­ öffnet wird, kommt gemäß Fig. 3 das Zahnsegment mit seinem er­ sten zahnartigen Vorsprung mit dem Nockenrad 6 in Berührung, was bei einem Schwenkwinkel von etwa 98° der Fall ist, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Ein weiteres Öffnen der Tür und damit ein weiteres Verschwenken des Scharnierteils 2 kann dann nur unter Aufbringung einer zusätzlichen Kraft erfolgen, da hierzu bei gleichzeitigem Drehen des Nockenrades 6 der Federteil 5a federnd abgebogen werden muß und zwar bei der Darstellung in der Zeichnung nach unten, bis gemäß Fig. 4 ein Nocken des Nockenra­ des 6 in den ersten Zwischenraum zwischen den ersten beiden zahnartigen Vorsprüngen des Zahnsegmentes 4 einrastet. Diese Position ist z. B. bei einem Schwenkwinkel von 116° erreicht. Damit ist die erste Feststellposition erreicht, da zum erneuten Schließen der Tür oder zum weiteren Öffnen der Tür, d. h. zum Schwenken des Scharnierteils 2 im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn eine Kraft aufgebracht werden muß, um den Federteil 5a erneut abzubiegen und das Nockenrad 6 zu drehen.

Wenn das Scharnierteil 2 weiter entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt wird, d. h. die Tür weiter geöffnet wird und die dazu notwendige Kraft zum Abbiegen des Federteils 5a aufgebracht wird, kommt das Nockenrad 6 mit dem zweiten Zwischenraum zwi­ schen dem zweiten und dem dritten zahnartigen Vorsprung des Zahnsegmentes 4 in Eingriff, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Die in dieser Figur dargestellte Position ist die zweite Fest­ stellposition, in der wiederum eine zusätzliche Kraft aufge­ bracht werden muß, um das Scharnierteil 2 in welche Richtung auch immer weiter zu schwenken und damit die Tür weiter zu öff­ nen oder wieder zu schließen.

Diese Position zeichnet sich beispielsweise durch einen Schwenkwinkel von 46° aus.

Fig. 6 zeigt eine dritte Feststellposition, d. h. die Endpo­ sition der vollständig geöffneten Tür, die dadurch erreicht wird, daß aus der Position von Fig. 5 erneut eine zusätzliche Kraft zum Abbiegen des Federteils 5a aufgebracht wird, um das Nockenrad 6 zu drehen, damit ein Nocken dieses Rades mit dem dritten Zwischenraum zwischen dem dritten und vierten zahnarti­ gen Vorsprung des Zahnsegmentes 4 in Eingriff kommt. Ein weite­ res Verschwenken des Scharnierteils 2 ist dann durch den An­ schlag 7 verhindert.

Das Schließen der Tür aus der in Fig. 6 dargestellten Posi­ tion erfolgt in der gleichen Weise über die vorangegangenen Feststellpositionen, wobei in jeder Feststellposition eine er­ neute Kraft aufgebracht werden muß, um diese Position zu ver­ lassen.

Die Kraft, die in den jeweiligen Feststellpositionen aufge­ bracht werden muß, um das Scharnierteil 2 aus diesen Feststell­ positionen weiter zu schwenken, ist durch die Federkraft des Federteils 5a der Torsionsfeder 5 und/oder die relative Anord­ nung und Ausbildung des Nockenrades 6 und des Zahnsegmentes 4 bestimmt. Sie kann, wie bei dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel, von Feststellposition zu Feststellposition verschieden sein und beispielsweise um so größer sein, je weiter das Schar­ nierteil 2 in Richtung auf die vollständige Öffnung der Tür verschwenkt ist. Die größte aufzubringende Kraft wäre dann die Kraft, die ein Verschwenken aus der Position in Fig. 6 ermög­ licht. Das kann dadurch erreicht sein, daß die zu überwindenden Drehmomente in den einzelnen Feststellpositionen verschieden sind, indem der Mittelpunkt der einzelnen Halbkreisflächen der zahnartigen Vorsprünge am Zahnsegment 4 in verschiedenen Abstän­ den zur Scharnierachse, d. h. zum Bolzen 3 angeordnet sind. Die Kräfte bzw. die zu überwindenden Drehmomente sind beim Öffnen und Schließen der Tür in den einzelnen Feststellpositionen al­ lerdings im wesentlichen gleich groß.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel sind an dem Zahnsegment vier zahnartige Vorsprünge mit dementsprechend drei Zwischenräu­ men zwischen den zahnartigen Vorsprüngen und am Nockenrad 6 vier Nocken vorgesehen, die eine Feststellung des Scharniers in drei bestimmten Positionen erlauben. Ein Bereich ohne zahnartige Vorsprünge am Zahnsegment 4 erlaubt ein freies Schwenken des Scharniers in der Endphase des Schließens der Tür. Diese Aus­ bildungen können je nach Bedarf abgewandelt werden, falls weni­ ger oder mehr Feststellpositionen erforderlich sind oder der Bereich der freien Verschwenkbarkeit eingeschränkt oder erwei­ tert werden soll.

Wie es in Fig. 7 und 8 dargestellt ist, kann das Nockenrad 6 formschlüssig über das Scharnierteil 1 und das am anderen Scharnierteil 2 angeordnete Sicherungsteil 9 gegen eine axiale Verschiebung gesichert sein. Das Sicherungsteil 9 kann ein ange­ klebtes Blechteil sein, kann jedoch auch in einem Stück in dem Scharnierteil 2 als Gußteil integriert sein.

Bei den obigen Ausführungsbeispielen ist es möglich, den Kostennachteil von Aluminium im Vergleich zu Stahl dadurch zu kompensieren, daß die Bauelemente durch Integration in einige wenige Bauteile zusammengefasst sind. Beispielsweise kann das Scharnierteil 2 als Druckgußteil mit integrierter Zahnausbildung und Fixierung der Position des Nockenrades 6 ausgebildet sein.

Die Feststellvorrichtung ist weiterhin selbstsynchronisie­ rend. Wenn sich bei den obigen Ausführungsbeispielen das Nocken­ rad 6 in der geschlossenen Türposition verdreht, stellt sich die Vorrichtung nach einem Öffnungsvorgang der Tür selbstständig wieder richtig ein.

Claims (5)

1. Feststellvorrichtung für zwei gegeneinander schwenkbare Bauteile, insbesondere für ein Scharnier, mit einem Rastteil, das an einem der Bauteile angebracht ist, und einem Gegenlager, das am anderen Bauteil angebracht ist, derart, daß das Gegen­ lager und das Rastteil während der Schwenkbewegung der beiden Bauteile an bestimmten Schwenkpositionen einrasten, dadurch gekennzeichnet, daß das Rastteil ein Zahnsegment (4) mit einer wenigstens teilweise mit zahnartigen Vorsprüngen versehenen Stirnfläche ist und das Gegenlager aus einem Federelement (5, 5a) und einem daran drehbar angebrachten Nockenrad (6) aufgebaut und so angeordnet ist, daß bei einer Schwenkbewegung der beiden Bauteile (1, 2) das Nockenrad (6) gegen die Federkraft der Feder (5, 5a) auf der Stirnfläche des Zahnsegmentes (4) abrollt und mit seinen Nocken in die Zwischenräume zwischen den zahnartigen Vorsprüngen des Zahnsegmentes (4) einrastet.

2. Feststellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Federelement (5, 5a) eine Torsionsfeder ist.

3. Feststellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Torsionsfeder eine in einer schlitzartigen Bohrung in einem der Bauteile (1, 2) sitzende Doppelstabfeder (5) mit einem durchgeschnittenen Federstab ist, dessen einer Teil (5a) aus der Ebene der Doppelstabfeder (5) abgebogen ist, und das Nockenrad (6) auf dem abgebogenen Teil (5a) sitzt.

4. Feststellvorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken des Nockenrads (6) und die zahnartigen Vorsprünge des Zahnsegmentes (4) zuein­ ander komplementär geformt sind.

5. Feststellvorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch ein Sicherungsteil (9), das an dem Bauteil (2) angebracht ist, das mit dem Zahnsegment (4) versehen ist, und das Nockenrad (6) axial sichert.