WO2005083213A1

WO2005083213A1 - Scharniervorrichtung

Info

Publication number: WO2005083213A1
Application number: PCT/EP2005/001661
Authority: WO
Inventors: Daniel Borleis; Jürgen HULBERT; Jens Schenkenberger; Andreas Stern
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2005-09-09
Anticipated expiration: 2006-08-19
Also published as: EP1718830A1; US7520028B2; DE102004008069B4; DE502005002160D1; DE102004008069A1; US20070096503A1; CN101892782A; EP1718830B1; CN101892782B; ES2296135T3; CN1774556A; JP2007523278A; ATE380283T1

Abstract

Bei einer Scharniervorrichtung (11, 20) mit einem Arm (5) und zwei an Enden des Arms (5) um jeweils eine Achse schwenkbar angebrachten Kopfstücken (2, 7) sind die Kopfstücke (2, 7) jeweils mit einer von zwei Riemenscheiben (3, 6) drehverbunden, die an einer Umfangsfläche von einem gemeinsamen Zugriemen (4) umschlungen sind, und wenigstens eine der Riemenscheiben (3, 6) ist unrund, vorzugsweise elliptisch.

Description

Sc arniervorrichtung

B e s c h r e i b u n g

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scharniervorrichtung, insbesondere aber nicht notwendigerweise für die Anbringung einer Tür an einer Karosserie eines Kraftfahr- zeugs.

Sogenannte Pantographtüren sind für Busse seit langem bekannt. Bei ihnen ist eine Scharniervorrichtung durch ein Paar von Armen gebildet, die jeweils mit einem Ende an einer karosseriefesten Achse und mit einem anderen Ende an einer mit der Tür verbundenen Achse angreifen. Die effektive Länge dieser zwei Arme, d.h. der Abstand zwischen ihren zwei Achsen, muss gleich sein, und auch der Abstand zwischen den zwei türseitigen Achsen einerseits und zwischen den zwei ka- rosserieseitigen Achsen andererseits muss gleich sein, damit die Tür beim Öffnen und Schließen ihre Orientierung beibehält und in einer offenen Stellung neben der Türöffnung und parallel zu dieser an die Karosserie angelegt werden kann. Die Parallelbewegung der Tür führt dazu, dass beim

Schließen die Türen an ihrem ganzen Rand gleichzeitig sich in einen Rahmen der Türöffnung einrückt, so dass, wenn nicht ein Fenster oder eine andere Tür der Fahrzeugkarosserie geöffnet ist, durch die Einwärtsbewegung der Tür im Fahrzeuginneren ein vorübergehender Überdruck aufgebaut wird, der die Bewegung der Tür abbremst und so das Einrasten einer Verriegelung der Tür behindert. Ein weiteres Problem ist, dass wenn die Tür versehentlich bei fahrendem Fahrzeug geöffnet wird, der Fahrtwind - anders als bei einer in üblicher Weise durch ein einzelnes Scharnier an einer in Fahrtrichtung vorderen Kante der Tür an die Karosserie angeschlagenen Tür - hinter der teilweise geöffneten Tür eingreifen und diese vollends aufreißen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Scharniervorrichtung zum Verbinden eines beweglichen Teils mit ei- nem ortsfesten Teil zu schaffen, bei der das ortsfeste Teil zwischen zwei gegeneinander versetzten, aber parallel ausgerichteten Stellungen wenigstens eine relativ zu diesen parallelen Stellungen verdrehte Stellung durchläuft. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Scharniervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Wenn es sich bei den beweglichen Teilen um eine Tür wie oben beschrieben handelt, können diese zwei parallelen Stellungen einer geschlossenen Stellung der Tür und einer offenen Anschlagstellung der Tür entsprechen, in der diese parallel zur geschlossenen Stellung versetzt an der Karosserie anliegt. Dadurch, dass zwischen der geschlossenen und der parallelen offenen Stellung eine verdrehte Stellung durchlaufen wird, ist die Bewegung beim Schließen der Tür keine exakte parallele Translation, so dass ein Druckstau im Innern des Fahrzeugs vermieden wird und die Tür ungehindert ins Schloss fallen kann. Bei geeigneter Orientierung der verdrehten Stellung im Bezug zum Fahrtwind drückt dieser die Tür in Richtung der geschlossenen Stellung, ein unerwartetes Aufreißen der Tür ist ausgeschlossen.

Um zwischen zwei Grenzstellungen der Kopfstücke der Scharniervorrichtung in Bezug auf den Arm zwei gegenläufige Schwenkbewegungen der Kopfstücke in Bezug aufeinander zu erhalten, sollte in einer ersten dieser Grenzstellungen der Abstand eines ersten Auftreffpunktes, an dem der Zugriemen auf die erste Riemenscheibe trifft, von der Achse dieser ersten Riemenscheibe kleiner sein als der Abstand eines zweiten Auf- treffpunktes, an dem der Zugriemen auf die zweite Riemenscheibe trifft, von der Achse der zweiten Riemenscheibe, während in der zweiten Grenzstellung die Abstandsverhältnisse umgekehrt sein sollten. So ergeben sich jeweils Übersetzungsverhältnisse größer bzw. kleiner als 1 zwischen Drehungen der Kopfstücke in Bezug auf den Arm in den verschiedenen Grenzstellungen.

Vorzugsweise ist die wenigstens eine unrunde Riemenscheibe elliptisch. Die andere Riemenscheibe ist vorzugsweise kreisrund oder ebenfalls elliptisch. Wenn beide Riemenscheiben elliptisch sind, so sollten sie, um eine starke Schwenkung der Tür zwischen den beiden Grenzstellungen zu erreichen, geeignet in Bezug aufeinander orientiert sein. Für zwei Ellipsen von gegebener Gestalt und gleicher ümfangslänge wird der maximale Schwenkhub er- reicht, wenn in einer Stellung der ersten Riemenscheibe, in der die Auftreffpunkte des Riemens an der ersten Riemenscheibe die Schnittpunkte der langen Achse mit dem Umfang der Ellipse sind, die Auftreffpunkte an der anderen Riemenscheibe jeweils an den Schnittpunkten der kurzen Achse mit dem Umfang liegen.

Um eine große Schwenkbewegungsfreiheit der Scharniervorrichtung zu erzielen, kann es vorteilhaft sein, wenn der Arm gewinkelt und der Zugriemen zwischen den Riemenschei- ben an zwei Rollen umgelenkt ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbei- spielen unter Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine nicht erfindungsgemäße Scharniervorrich- tung gemäß einer nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung der Anmelderin;

Fig. 2 einen Schnitt analog dem der Fig. 1 durch eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Scharniervorrichtung;

Fig. 3 einen Schnitt analog dem der Fig. 1 durch eine zweite Ausgestaltung der erfindungs- gemäßen Scharniervorrichtung;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine dritte Ausgestaltung der Scharniervorrichtung an einer Fahrzeugkarosserie bei geschlossner Tür;

Fig. 5 einen Schnitt durch die dritte Ausgestaltung bei bis zum Anschlag geöffneter Tür; Fig. 6 die Lage des Riemens an den Riemenscheiben bei geschlossener Tür gemäß einer Abwandlung der dritten Ausgestaltung; und

Fig. 7 die entsprechenden Lagen des Riemens bei offener Tür.

Zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung und seiner Auswirkungen soll zunächst kurz auf die nicht erfindungsgemäße Scharniervorrichtung gemäß Fig. 1 eingegangen werden. Die Figur zeigt einen horizontalen Schnitt durch eine Tür 1 eines Kraftfahrzeugs und die Tür 1 seitlich umgebende Säulen 8, 9 einer Karosserie des Kraftfahrzeugs. Eine allgemein mit 10 bezeichnete Scharniervorrichtung umfasst ein an der Tür 1 befestigtes erstes Kopfstück 2 und ein an der rech- ten Säule 8 befestigtes zweites Kopfstück 7 sowie einen Arm 5, an den die Kopfstücke 2, 7 jeweils um eine Achse schwenkbar angelenkt sind. Der Arm 5 ist durch ein hohles Gehäuse gebildet, in dessen Innerem zwei Riemenscheiben 3, 6 jeweils durch Öffnungen des Arms 5 hindurch drehfest mit den Kopfstücken 2 bzw. 7 verbunden sind. Ein endloser Zugriemen 4 ist um die Umfangsflachen der zwei Riemenscheiben 3, 6 herumge- schlungen.

Bei der Scharniervorrichtung der Fig. 1 sind die Riemenscheiben 3, 6 beide kreisrund und haben den gleichen Durchmesser, so dass eine Drehung eines Kopfstückes 2 oder 7 in Bezug auf den Arm 5 mit Hilfe des Zugriemens 4 in eine gleich große Drehung das jeweils anderen Kopfstückes 7 bzw. 2 übersetzt wird. Folglich bleibt die Tür 1 bei einer Bewegung zwischen ihrer geschlossenen Stellung zwischen den Säulen 8, 9 und einer offenen Stellung stets in der gleichen Orientie- rung.

Die in Fig. 2 gezeigte erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scharniervorrichtung 11 entspricht der in Fig. 1 gezeigten in allem oben Gesagtem mit Ausnahme der Form der ersten Riemenscheibe 3. Diese hat bei der Ausgestaltung der Fig. 2 einen unrunden, genauer gesagt einen elliptischen Querschnitt. In der geschlossenen Stellung der Tür 1, zwischen den Säulen 8, 9, liegen Auftreffpunkte 12, 13, an denen die zwei Stränge des Zugriemens 4 die Riemenscheibe 3 tangen- tial berühren, im wesentlichen auf einer als strichpunktierte Linie K eingezeichneten kurzen Achse der Ellipse. (Eine exakte Lage der Auftreffpunkte auf der kurzen Achse K würde sich ergeben, wenn die Stränge des Zugriemens 4 zwischen den Riemenscheiben 3, 6 parallel verliefen; diese Abweichung wird allerdings im Rahmen der vorliegenden Beschreibung vernachlässigt, da sie für die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Scharniervorrichtung ohne Bedeutung ist. Der Abstand der Auf- treffpunkte 12, 13 von der Achse der Riemenscheibe 3 ist in der geschlossenen Stellung der Tür 1 kleiner als der Abstand entsprechender Auftreffpunkte 14, 15 der kreisrunden Riemenscheibe 6 des an der Säule 8 befestigten Kopfstücks 7 von dessen Achse. Das Übersetzungsverhältnis von Kopfstück 7 zu Kopfstück 2 ist daher in der geschlossenen Stellung geringfügig größer als 1, so dass, wenn der Arm 5 beim Öffnen der Tür um die Achse des Kopfstücks 7 schwenkt, diese Schwenkbewegung durch eine entsprechende Drehung des Kopfstücks 2 in Bezug auf den Arm nicht nur aufgehoben, sondern überkompensiert wird. Beim Öffnen der Tür entfernt sich somit deren der Säule 8 benachbarte Kante 16 schneller aus der Türöffnung als die der Säule 9 benachbarte Kante 17, und die Tür 1 durchläuft eine in Fig. 2 als punktierter Umriss dargestellte Zwischen- position, in der sie deutlich in Bezug auf ihre Orientierung in geschlossener Position verschwenkt ist. Entsprechend legt sich beim Schließen der Tür 1 zuerst die Kante 17 gegen die Säule 9 und dann die Kante 16 gegen die Säule 8, so dass ein Druckaufbau im Inneren des Fahrzeugs beim Schließen der Tür vermieden wird.

Unter der Annahme, dass die Fahrtrichtung des Fahrzeugs von rechts nach links in der Figur ist, würde Fahrtwind schräg auf die Außenseite der in Fig. 2 als punk- tierter Umriss dargestellten teilweisen geöffneten Tür treffen. Die Tür 1 würde also, wenn sie bei fahrendem Fahrzeug geöffnet wird, vom Fahrtwind in ihre geschlossene Stellung hineingedrückt. Ein unbeabsichtigtes Aufreißen der Tür während der Fahrt durch den Fahrtwind ist so ausgeschlossen.

In dem Maße, wie der Arm 5 geschwenkt wird, wandern die Auftreffpunkte 12 bis 15 des Zugriemens 4 auf den Riemenscheiben 3, 6, wobei der Abstand der Auftreffpunkte 12, 13 von der Drehachse der Riemenscheibe 3 kontinuierlich zu- nimmt, während der entsprechende Abstand bei den Auftreff- punkten 14, 15 der kreisrunden Riemenscheibe 6 gleich bleibt. Je größer der Abstand an der Riemenscheibe 3 wird, umso kleiner wird das Übersetzungsverhältnis, so dass die anfängliche Schwenkbewegung der Tür im Gegenuhrzeigersinn im Laufe des Öffnens immer langsamer wird und schließlich ihre Richtung umkehrt. In der wiederum mit durchgezogenen Linien dargestellten offenen Stellung der Tür 1 liegen die Auftreffpunkte 12, 13 jeweils am Schnittpunkt einer langen Achse L der Ellipse mit der Umfangsflache der Riemenscheibe 3, und die Orientierung der Tür ist dieselbe wie in der geschlossenen Stellung.

Voraussetzung dafür, dass die Orientierungen der Tür in offener und geschlossener Stellung die gleichen sind, ist, dass der beim Öffnen und Schließen zurückgelegte Weg der Auftreffpunkte an beiden Riemenscheiben der gleiche ist. In dem hier gezeichneten Fall einer Schwenkbewegungsfreiheit von 90° zwischen offener und geschlossener Stellung entspricht dies der Anforderung, dass die Umfangslänge beider Riemenscheiben 3, 6 gleich sein muss. Durch maßstäbliches Vergrößern bzw. Verkleinern der Riemenscheibe 3 relativ zur Riemen- Scheibe 6 kann man jedoch erreichen, dass bereits bei einem Schwenkwinkel von weniger bzw. erst bei einem Schwenkwinkel von mehr als 90° die Tür wieder eine zu ihrer geschlossenen Stellung parallele Orientierung erreicht. Während in Fig. 2 die türseitige Riemenscheibe 3 elliptisch und die säulenseitige Riemenscheibe 6 kreisrund ist, könnte das gleiche Ergebnis auch erreicht werden durch Verwendung einer kreisrunden Riemenscheibe 3 auf Seiten der Tür 1 und einer elliptischen Riemenscheibe 6 auf Seiten der Säule 8, allerdings mit einer im Vergleich zu Fig. 2 um 90° gedrehten Orientierung der elliptischen Riemenscheibe, so dass wiederum in der geschlossenen Stellung der Tür die Entfernung der Auftreffpunkte 14, 15 des Zugriemens an der Riemenscheibe 6 größer und in der offenen Stellung kleiner ist als der Abstand der Auftreffpunkte 12, 13 an der Riemenscheibe 3.

Eine Verstärkung der Schwenkbewegung wird erreicht, indem, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 gezeigt, beide Riemenscheiben 3, 6 elliptisch mit gleichen Abmessungen, aber mit gegeneinander verdrehten langen Achsen L, gewählt werden. Wären die langen Achsen L nicht verdreht, son- dern parallel zueinander, würde die Tür 1 bei ihrer Bewegung nicht schwenken. Ein maximaler Schwenkhub wird erreicht, wenn die langen Achsen L der zwei Ellipsen senkrecht zueinander orientiert sind.

Fig. 4 und 5 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Scharniervorrichtung an einer Tür eines Kraftfahrzeugs. Teile in diesen Figuren, die mit in den Fig. 1 - 3 gezeigten Teilen identisch oder funktions- gleich sind, tragen die gleichen Bezugszeichen und werden nicht erneut im Detail erläutert. Die Scharniervorrichtung 20 hier gemäß in dieser dritten Ausgestaltung unterscheidet sich von denen der Fig. 2 und 3 durch die gewinkelte Form ihres Arms 5. Der Zugriemen 4 im Innern des Arms ist an zwei Rollen 21 um einen Winkel von 90° umgelenkt. Die von dem Zugriemen 4 umschlungenen Riemenscheiben 3, 6 sind wie bei der Ausgestaltung der Fig. 3 beide elliptisch, und in der geschlossenen Stellung der Fig. 4 befinden sich die Auftreffpunkte 12, 13 des Riemens an der Riemenscheibe 3 an den Kreuzungspunkten von deren kurzer Achse K mit dem Umfang und die Auftreffpunkte 14, 15 der Riemenscheibe 6 an den Kreuzungspunkten der langen Achse L mit dem Umfang. Durch diese Platzierung ist sichergestellt, dass unmittelbar zu Beginn der Öffnungsbewegung der Tür 1 das Übersetzungsverhältnis der Riemenscheiben 3, 6 am stärksten von 1 abweicht und sich anschließend kontinuierlich 1 nähert und schließlich unterschreitet. Aufgrund der Abwinkelung des Arms 5 sind hier die langen Achsen L beider Ellipsen parallel. Wie mit Bezug auf Fig. 2 bereits erläutert, ergibt sich aus den Abständen der Auftreffpunkte 12 bis 15 von den Drehachsen ihrer Riemenscheiben 3, 6, dass die Tür 1 beim Öffnen zunächst im Gegenuhrzeigersinn schwenkt. Im Laufe der Öffnungsbewegung ändert die Schwenkbewegung ihre Richtung in dem Maße, wie sich die Auftreffpunkte 12, 13 dem Schnittpunkt mit der kurzen Achse K und die Auftreffpunkte 14, 15 dem Schnittpunkt mit der langen Achse L nähern. Eine An- Schlagstellung, die einer vollständigen Öffnung der Tür 1 entspricht, ist bei dieser Ausgestaltung aber erst, wie in Fig. 5 gezeigt, am Ende einer Schwenkbewegung von 135° erreicht. In dieser Stellung haben sich die Auftreffpunkte 12, 13 an der Riemenscheibe 3 bereits über die Schnittpunkte mit der langen Achse bzw. die Auftreffpunkte 14, 15 an der Riemenscheibe 6 über die Schnittpunkte mit der kurzen Achse hinausbewegt. Dennoch ist die Orientierung der Tür 1 in der offenen Anschlagstellung exakt parallel zur Orientierung in der geschlossenen Stellung, weil die Abmessungen der zwei Riemenscheiben 3, 6 geringfügig unterschiedlich gewählt sind.

Eine andere Möglichkeit, parallele Orientierungen der Tür im geschlossenen Zustand und im offenen Anschlag- zustand mit zwei identischen Riemenscheiben 3, 6 zu gewährleisten, ist in Fig. 6 und 7 gezeigt, wobei hier der Übersichtlichkeit halber der Arm 5 nur bruchstückhaft gezeichnet und die Riemenscheiben 3, 6 vergrößert dargestellt sind. Wenn α der Schwenkwinkel zwischen der geschlossenen und der offe- nen Stellung der Tür ist und der Arm 5 um den Winkel D von hier 90° abgewinkelt ist, so sind die Auftreffpunkte 11 bis 15 in der geschlossenen und der offenen Stellung jeweils in der gezeigten Weise um den Winkel θ = (α-D) /2 gegen einen Schnittpunkt der langen bzw. kurzen Achse L, K mit dem Umfang der Riemenscheibe winkelverschoben.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Scharniervorrichtung (11, 20) mit einem Arm (5) und zwei an Enden des Arms ι(5) um jeweils eine Achse schwenkbar angebrachten Kopfstücken (2, 7), dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfstücke (2, 7) jeweils mit einer von zwei Riemenscheiben (3, 6) drehverbunden sind, die an einer Umfangsflache von einem gemeinsamen Zugriemen (4) umschlungen sind, wobei wenigstens eine der Riemenscheiben (3, 6) unrund ist.

2. Scharniervorrichtung (11, 20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfstücke (2, 7) in Bezug auf den Arm (5) zwischen zwei Grenzstellungen schwenkbar sind, wobei in einer ersten der Grenzstellungen der Abstand eines ersten Auftreffpunktes (12, 13), an dem der Zugriemen (4) auf die erste Riemenscheibe (3) trifft, von der ersten Drehachse der ersten Riemenscheibe (3) kleiner ist als der Abstand eines zweiten Auftreffpunk- tes (14, 15), an dem der Zugriemen (4) auf die zweite Riemenscheibe (6) trifft, von der zweiten Drehachse der zweiten Riemenscheibe (6), und dass in der zweiten Grenzstellung der Abstand des ersten Auftreffpunktes (12, 13) von der ersten Drehachse größer als der Abstand des zweiten Auftreffpunktes (14, 15) von der zweiten Achse ist.

3. Scharniervorrichtung (11, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die un- runde Riemenscheibe (3) elliptisch ist.

4. Scharniervorrichtung (11, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Riemenscheiben (6) kreisrund ist.

5. Scharniervorrichtung (11, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, -dadurch gekennzeichnet, dass beide Riemenscheiben (3, 6) elliptisch sind.

6. Scharniervorrichtung (11, 20) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Riemenscheiben (3, 6) eine gleiche Umfangslänge haben.

7. Scharniervorrichtung (11, 20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stellung der ersten Riemenscheibe (3) , in der die Auftreffpunkte (12, 13) des Riemens (4) an der ersten Riemenscheibe (3) die Schnittpunkte der langen Achse (L) mit dem Umfang der Ellipse sind, die Auftreffpunkte (14, 15) an der anderen Riemen- scheibe (6) jeweils an den Schnittpunkten der kurzen Achse (K) mit dem Umfang liegen.

8. Scharniervorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (5) ge- winkelt ist und der Zugriemen (4) zwischen den Riemen- ^■ Scheiben (3, 6) durch zwei Rollen (21) umgelenkt ist.

9. Scharniervorrichtung (11, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Kopfstücke (2) an einer Tür (1) und das andere (7) an einer Karosserie (8) eines Kraftfahrzeugs montiert ist.