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DE19910782A1 - Türscharnier mit einer Blockierung aufgrund einer Feldkraft - Google Patents

Türscharnier mit einer Blockierung aufgrund einer Feldkraft

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DE19910782A1
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Abstract

Türscharnier mit einer Blockierung aufgrund einer Feldkraft, umfassend Zylinder, der von einem Kolben in Arbeitsräume unterteilt wird, die mit einem Betriebsmedium gefüllt sind, dessen Viskosität aufgrund einer Feldkraft veränderbar ist, wobei die Arbeitsräume über eine Strömungsverbindung miteinander verbunden sind, die unter dem Einfluss von Feldkrafterzeugungselementen liegt, wobei das Türscharnier als ein Drehlager ausgeführt ist, wobei der Zylinder als ein Lagerauge und der Kolben als Drehkolben mit mindestens einem Flügel ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Türscharnier entsprechend dem Oberbegriff von Patent­ anspruch 1.
Aus der DE 42 24 132 A1 ist ein Türscharnier in der Bauform eines Kolben- Zylinderaggregates bekannt, das zwischen der A-Säule und der Fahrzeugtür eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Das Kolben-Zylinderaggregat ist in den Ausfüh­ rungen nach den Fig. 4a bis 4c mit einem Betriebsmedium gefüllt, dessen Visko­ sität in Abhängigkeit eines elektrischen Feldes veränderbar ist. Zwischen zwei Arbeitsräumen des Kolben-Zylinderaggregates besteht eine Strömungsverbindung mit einem ausreichend kleinen Querschnitt, so daß die in von einer Fahrzeugelek­ trik lieferbare Spannung mittels Elektroden elektrische Feldkräfte ausübt, die das Betriebsmedium innerhalb der Strömungsverbindung derart zähflüssig werden lassen, daß die Tür hydraulisch blockiert ist.
Bei Fahrzeugen unterhalb einer bestimmten Klasse sind die Einbauräume für ein Kolben-Zylinderaggregat nicht ausreichend groß bemessen, da der Zylinder des Kolben-Zylinderaggregat grundsätzlich entweder in der A-Säule oder in der Fahr­ zeugtür untergebracht werden muß.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Türscharnier mit einer Blockierung aufgrund einer Feldkraft zu schaffen, das auch bei kleinen Einbauräumen einge­ setzt werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Türscharnier als ein Drehlager ausgeführt ist, wobei der Zylinder als ein Lagerauge und der Kolben als Drehkolben mit mindestens einem Flügel ausgeführt ist.
Der wesentliche Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß der bislang vorgesehene Bauraum für die Verwendung des Türscharniers mit einer Blockierung aufgrund einer Feldkraft ausreicht. An der Tür und den karosserieseitigen Anschlagpunkten müssen keinerlei konstruktive Änderungen durchgeführt werden.
In weiterer Ausgestaltung ist die Strömungsverbindung als Spalt zwischen dem Flügel und der Innenwandung des Zylinders ausgeführt. Der Vorteil dieser Maß­ nahme liegt darin, daß die Fläche des Spaltes bezogen auf das Feldkrafterzeu­ gungselement sehr groß dimensioniert ist im Vergleich zu einer Bohrung im Flü­ gel. Je größer die Wirkfläche für das Feldkrafterzeugungselement ist, um so grö­ ßer ist auch die mögliche Viskositätsänderung bis hin zu Blockierung in der Strö­ mungsverbindung.
Damit die Tür nicht unkontrolliert aufgeschlagen werden kann, beispielsweise durch eine Windböe, ist der Zylinder mit mindestens einer Rippe als Anschlag zur Drehwinkelbegrenzung des Drehkolbens versehen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein innenliegender Anschlag wartungsfrei ist und optisch keine Ein­ schränkung darstellt.
Damit die Tür gedämpft auf den Anschlag trifft, besteht zwischen den beiden Arbeitsräume eine zweite Strömungsverbindung, die eine zweite Drosselstelle für das Türscharnier darstellt.
Dabei wird der Anschlag im Zylinder von einem Kreisringsegment gebildet, der für die zweite Strömungsverbindung eine umlaufende Nut aufweist.
Die Türbewegung wird in einem ersten Öffnungswinkelbereich sicherlich niemals blockiert, denn man will die Tür zumindest soweit öffnen, daß man auch in einer sehr schmalen Parklücke ein- und aussteigen kann. Deshalb ist vorgesehen, daß das Feldkrafterzeugungselement konzentrisch zum Zylinder angeordnet und als Kreisringsegment ausgeführt ist und nur einen Drehwinkelbereich des Drehkol­ bens abdeckt.
Besonders einfach läßt sich das Feldkrafterzeugungselement montieren, wenn es außerhalb des Zylinders angeordnet ist.
Bei einem Feldkrafterzeugungselement außerhalb des Zylinders ist die zweite Strömungsverbindung am Innendurchmesser des Anschlags ausgeführt. Damit wird erreicht, daß die zweite Strömungsverbindung nicht von dem Feldkrafter­ zeugungselement beeinflusst wird und das Betriebsmedium nur den hydraulisch Gesetzmäßigkeiten unterliegt.
Insbesondere bei einem Permanentmagneten als Feldkrafterzeugungselement und einem magnetorheologischen Betriebsmedium bietet es sich an, wenn das Feld­ krafterzeugungselement unabhängig vom Zylinder oder dem Drehkolben verdreh­ bar ist. Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Tür nur unter Überwindung der hydraulischen Widerstände zu öffnen und die Tür durch ein Eindrehen des Drehkolbens in den Bereich der ersten Strömungsverbindung zu blockieren. Man muß dadurch sehr viel weniger Kraft einsetzen, als wenn man die Tür so weit aufdrücken würde, daß das Türscharnier mit seiner Strömungsverbindung durch den Wirkbereich des Permanentmagneten bewegt werden muß.
Bei einer Ausführung mit einem elektrorheologischen Betriebsmedium ist der Zy­ linder als Feldkrafterzeugungselement ausgeführt. Als Schutz ist der Zylinder von einem Isolierring ummantelt.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 beispielhafte Einbausituation für das erfindungsgemäße Türscharnier
Fig. 2 das Türscharnier mit einem Permanentmagneten als Feldkrafterzeu­ gungselement
Fig. 3 das Türscharnier mit einer Elektrode als Feldkrafterzeugungselement
Die Fig. 1 zeigt stilisiert ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Fahrzeugtür 3, die an einer Säule, in diesem Fall der A-Säule, der Karosserie 5 über mindestens ein Tür­ scharnier 7 angeschlagen ist. Selbstverständlich kann das Türscharnier auch bei anderen drehbeweglich Schwenkelementen eingesetzt werden, für die eine Bloc­ kierstellung vorgesehen ist. Für die Fahrzeugtür 3 ist zum Ein- oder Aussteigen ein Mindestöffnungswinkel α notwendig. Insbesondere bei Reinigungs- oder Re­ paraturarbeiten im Farrzeuginnern kann es notwendig sein, daß die Tür weiter geöffnet werden muß, wofür ein Öffnungswinkel β zur Verfügung steht. Der maximale Öffnungswinkel der Fahrzeugtür wird von einem Anschlag 9 innerhalb des Türscharniers (s. Fig. 2 u. Fig. 3) bestimmt.
In der Fig. 2 ist das Türscharnier 7 im Schnitt dargestellt. Das Türscharnier weist einen Zylinder 11 auf, der beispielsweise mit der Karosserie 5 verbunden ist. In­ nerhalb des Zylinders ist ein Drehkolben 13 mit einem Flügel 15 angordnet. Des weiteren ist innerhalb des Zylinders ein Kreisringsegment als Anschlag 9 einge­ presst. Der Zylinder 11 in Verbindung mit dem Anschlag 9 bestimmen eine Ar­ beitskammer, der von dem Flügel des Drehkolbens in zwei Arbeitsräume 17; 19 unterteilt wird. Zwischen den beiden Arbeitsräume 17; 19 besteht eine erste Strömungsverbindung 21, die von dem Spalt zwischen dem Flügel und der In­ nenwandung des Zylinders gebildet wird.
Eine zweite Strömungsverbindung 23 ist als Nut innerhalb des Anschlags 9 aus­ geführt. Sämtliche Arbeitsräume 17; 19 und Strömungsverbindungen 21; 23 sind vollständig mit einem magnetorheologischen Betriebsmedium gefüllt. Kon­ zentrisch außerhalb des Zylinders ist ein Permanentmagnet 25 in der Bauform eines Kreisringsegments angeordnet, der als Feldkrafterzeugungselement dient und aufgrund seiner Feldkraft eine Viskositätsänderung bewirkt, wenn der Dreh­ kolben 13 und damit die erste Strömungsverbindung 21 in den Umfangsbereich des Permanentmagneten bewegt wird.
In dem ersten Öffnungswinkelbereich α kann der Drehkolben unter Überwindung der hydraulischen Widerstände in den beiden Strömungsverbindungen 21; 23 bewegt werden. Es bietet sich an, den Permanentmagneten derart zu plazieren, daß am Ende des ersten Öffnungswinkelbereichs α die Strömungsverbindung 21 in den Einflussbereich des Permanentmagneten kommt, um eine sanfte Anschlag­ funktion zu erhalten. Dabei wird Betriebsmedium aus dem Arbeitsraum 19 in den Arbeitsraum 17 verdrängt. Das durch die Strömungsverbindung 23 fließende Be­ triebsmedium unterliegt keiner Viskositätsänderung, da der räumliche Abstand zu dem Permanentmagneten zu groß ist. Hier wirken sich nur die üblichen hydrauli­ schen Gesetzmäßigkeiten aus.
Wird die Tür weiter geöffnet bwz. der Drehkolben weiter in Richtung Arbeits­ raum 19 bewegt, vergrößert sich die Überdeckung zwischen der zur Innenwan­ dung gerichteten Mantelfläche des Drehkolbens und dem Permanentmagneten. Die Viskosität des Betriebsmediums wird dabei derart reduziert, daß in der ersten Strömungsverbindung 21 zumindest eine zähe Masse vorliegt, die eine erhebliche Blockierwirkung ausübt. Zwar kann man die Tür noch weiter öffnen, doch fällt die Tür bei einem schrägstehenden Fahrzeug weder weiter auf noch zu. Sollte jemand die Tür mit erheblichen Kraftüberschuß öffnen, so wird eine hydraulische Endlagendämpfung wirksam, die dem Drosselwiderstand in der zweiten Strö­ mungsverbindung entspricht. Letztlich beschränkt der Anschlag 9 den Öffnungs­ bereich der Tür. Neben der Endlagendämpfung sorgt die zweite Strömungsver­ bindung 23 dafür, daß in den Arbeitsräumen 17; 19 ein Unterdruck vermieden wird.
Um eine weitere Anschlagfunktion zu realisieren, könnte man die Magnetkraft in Umfangsrichtung veränderbar gestalten, in dem man z. B. den Permanentmagne­ ten entsprechend vorsieht. (s. gestrichelte Kontur)
Es besteht auch die Möglichkeit, daß der Permanentmagnet in Umfangsrichtung verdrehbar ausgeführt ist. Damit könnte man erreichen, daß über den gesamten Öffnungswinkelbereich der Tür nur eine hydraulische Dämpfung in den Strö­ mungsverbindungen 21; 23 vorliegt. Erst wenn man den Permanentmagneten in den Bereich der Arbeitsräume 17; 19 verdreht, ist die Tür blockiert. Mit dieser Funktion des Permanentmagneten wird eine besonders leichte Bewegung der Tür und eine große Blockierwirkung in Verbindung mit einem minimalen Krafteinsatz erreicht.
In der Fig. 3 ist eine Ausführung dargestellt, bei der ein elektrorheologisches Be­ triebsmedium eingesetzt wird und der Drehkolben 13 zwei Flügel 15 aufweist. Folglich liegen vier Arbeitsräume 17a; 17b; 19a; 19b mit zwei ersten Strö­ mungsverbindungen 21a; 21b und zwei zweiten Strömungsverbindun­ gen 23a; 23b vor. Es ist vorgesehen, daß der Zylinder 11 als Elektrode und damit als Feldkrafterzeugungselement ausgebildet ist. Für den äußeren Schutz ist ein Isolierring 27 vorgesehen. Sobald an die Elektrode eine elektrische Spannung an­ gelegt wird, reduziert sich die Viskosität in den ersten Strömungsverbindungen 21a; 21b. Für die Regelung des Türscharniers ist eine entsprechende Regelelek­ tronik vorgesehen, wie sie in der DE 42 24 132 A1 beschrieben ist. Mit Hilfe die­ ser Regelungstechnik, die auch eine Sensorik für alle die Türbewegung kenn­ zeichnenden Parameter umfasst, wird ein besonders komfortables Türscharnier erreicht.

Claims (11)

1. Türscharnier mit einer Blockierung aufgrund einer Feldkraft, umfassend Zylin­ der, der von einem Kolben in Arbeitsräume unterteilt wird, die mit einem Be­ triebsmedium gefüllt sind, dessen Viskosität aufgrund einer Feldkraft verän­ derbar ist, wobei die Arbeitsräume über eine Strömungsverbindung miteinan­ der verbunden sind, die unter dem Einfluss von Feldkrafterzeugungselemen­ ten liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Türscharnier (7) als ein Drehlager ausgeführt ist, wobei der Zylin­ der (11) als ein Lagerauge und der Kolben als Drehkolben (13) mit minde­ stens einem Flügel (15) ausgeführt ist.
2. Türscharnier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverbindung (21) als Spalt zwischen dem Flügel (15) und der Innenwandung des Zylinders (11) ausgeführt ist.
3. Türscharnier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (11) mit mindestens einer Rippe als Anschlag (9) zur Dreh­ winkelbegrenzung des Drehkolbens (13) versehen ist.
4. Türscharnier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Arbeitsräume (17; 19) eine zweite Strömungsver­ bindung (23) besteht, die eine zweite Drosselstelle für das Türscharnier (7) darstellt.
5. Türscharnier nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (9) im Zylinder (11) von einem Kreisringsegment gebildet wird, der für die zweite Strömungsverbindung (23) eine umlaufende Nut auf­ weist.
6. Türscharnier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feldkrafterzeugungselement (25) konzentrisch zum Zylinder (11) an­ geordnet und als Kreisringsegment ausgeführt ist und nur einen Drehwinkel­ bereich des Drehkolbens (13) abdeckt.
7. Türscharnier nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Feldkrafterzeugungselement (25) außerhalb des Zylinders (11) ange­ ordnet ist.
8. Türscharnier nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Strömungsverbindung (23) am Innendurchmesser des An­ schlags (9) ausgeführt ist.
9. Türscharnier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feldkrafterzeugungselement (25) unabhängig vom Zylinder (11) oder dem Drehkolben (13) verdrehbar ist.
10. Türscharnier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (11) als Feldkrafterzeugungselement (25) ausgeführt ist.
11. Türscharnier nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (11) als Elektrode für ein elektrorheologisches Betriebsmedi­ um ausgeführt und von einem Isolierring (27) ummantelt ist.
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