DE3730329A1 - Scharnier fuer kraftfahrzeugseitentueren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Scharnier für Kraftfahrzeugseitentüren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Befestigung der Kraftfahrzeugseitentüren am Fahrzeugchassis werden pro Tür zwei Scharniere verwendet, die wie üblich aus zwei Teilen bestehen, von denen das eine Teil einen Zapfen, das andere ein den Zapfen umschließendes Loch besitzt. Die Scharniere von Kraftfahrzeugseitentüren müssen extremen Anforderungen genügen. Einerseits sollen sie raumsparend und klein sein, andererseits sollen sie hohe Lastmomente, beispielsweise bei halb geöffneter Wagentür das Eigengewicht der Fahrzeugtür und zusätzlich das Gewicht einer erwachsenen Person, ohne Deformation aufnehmen können. Dabei wird das obere Scharnier mechanisch stärker belastet als das untere. Daß auch bestimmte Fahrzeugkollisionen ohne Beschädigung überstanden werden müssen, versteht sich von selbst. Schließlich wird gewünscht, daß die Scharniere nach Möglichkeit über die gesamte Lebensdauer ohne Schmierung funktionsfähig bleiben.

Derzeit bestehen die Scharniere bei allen Kraftfahrzeugen, jedenfalls bei Serienkraftfahrzeugen, aus Stahl. Stahl erfüllt die Anforderungen an Stabilität, Langzeitfunktionsfähigkeit und Preis. Korrosionsfestigkeit kann nur durch Oberflächenbehandlungen erreicht werden; auch ist das Gewicht der Teile nicht zu vernachlässigen. Die Schmierfreiheit der Scharniere wird durch die Verwendung spezieller Lagerbuchsen, beispielsweise aus Sintermetall mit einer Dauerfettschmierung, mit einer Kunststoffauskleidung usw. erreicht.

Kunststoffe, insbesondere faserverstärkte Kunststoffe, haben im Kraftfahrzeugbau den Stahl bereits an vielen Stellen verdrängt. An den Stellen, wo es auf maximale Stabilität ankommt, beispielsweise auch bei den Türscharnieren, dagegen konnten sie sich noch nicht durchsetzen. Lediglich zur Befestigung des sogenannten Handschuhkastendeckels oder auch von ausstellbaren Seitenscheiben werden sie eingesetzt (DE-PS 22 30 514, DE-PS 23 46 863, DE-PS 30 09 584).

Kunststoffe haben eine höhere Elastizität und Zugfestigkeit gegenüber Stahl. Die höhere Zugfestigkeit von faserverstärkten Kunststoffen, insbesondere bei Einsatz von Kohlefasern, kommt bei den üblichen Konstruktionen von Seitentürscharnieren nicht zum Tragen. Zwar sind hochfeste Kunststoffe grundsätzlich noch teurer als Stahl; die Möglichkeit, die Kunststoffe so zu formen, daß Nacharbeiten entfallen, die von Natur aus bestehende Korrosionsfestigkeit und das erheblich geringere Gewicht lassen jedoch die Verwendung von faserverstärkten Kunststoffen auch bei der Konstruktion von Scharnieren für KFZ-Seitentüren erstrebenswert erscheinen.

Schließlich ist noch zu erwähnen, daß es derzeit zwei Konstruktionen von Scharnieren zum Befestigen der Kraftfahrzeugseitentüren am Chassis gibt. Bei der ersten Art ist der Stift, um den sich die Öse dreht, sowohl kopfseitig als auch fußseitig mit seinem Scharnierteil verbunden. Bei dieser Konstruktion muß also zum Einsetzen oder Herausnehmen der Tür der Stift gelöst werden. Bei der zweiten Konstruktion ist der Stift dagegen nur fußseitig mit seinem Scharnierteil verbunden. Das zweite Scharnierteil mit seiner Öse kann deshalb in einfacher Weise auf den Stift aufgesetzt und wieder abgenommen werden. Bei dieser zweiten Konstruktion ist wegen der nur einseitigen Verbindung zwischen Stift und Scharnierteil eine höhere mechanische Stabilität erforderlich. Beide Varianten werden aus Stahl hergestellt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Scharnier der eingangs genannten Art für Kraftfahrzeugseitentüren anzugeben, das leicht, korrosionsfest und preiswert ist, die von der Automobilindustrie für Türscharniere aus Metall erarbeiteten Prüfbedingungen für die mechanische Festigkeit erfüllt sowie die vorgegebenen Raummaße einhält.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Damit ergeben sich die Vorteile, daß die Herstellung praktisch ohne Abfall und Nacharbeitung möglich ist und daß jeglicher Korrosionsschutz entfallen kann. Die Elastizität und die Wechsellastbeständigkeit der faserverstärkten Scharniere sind höher als die entsprechenden Werte der bisher verwendeten Stahlscharniere, so daß die Paßgenauigkeit der Kraftfahrzeugtüren in Bezug auf das Chassis auch nach einer Vielzahl von Öffnungs- und Schließvorgängen und Belastungen besser ist. Ein weiterer Vorteil der faserverstärkten Scharniere gegenüber den aus Stahl bestehenden ist durch die höhere innere Dämpfung des Kunststoffes begründet, wodurch Schwingungen eines Bauteils nur gedämpft auf das andere Bauteil übertragen werden, so daß das Kraftfahrzeug insgesamt ruhiger wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung laufen die Verstärkungsfasern insbesondere im Bereich der hochbelasteten Augen, d. h. dort wo die Lagerzapfen bzw. Lagerbuchsen eingeformt sind, ohne Unterbrechung. Dies muß durch eine entsprechende Schnittführung der Faserkunststofflagen erreicht werden.

Durch das Einformen von Lagerzapfen und Lagerbuchse ergibt sich insbesondere bei Verwendung von duroplastischen Kunststoffen ohne zusätzliche Maßnahmen eine hochfeste Bezüglich der Anordnung der Verstärkungsrippen gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten, so daß auf äußere Randbedingungen wie z. B. die vorgeschriebene Anordnung der Befestigungspunkte, entsprechend reagiert werden kann.

Gemäß einer ersten Variante ist eine Verstärkungsrippe möglichst zentral angeordnet, wobei diese vorteilhafterweise durch einen zwickelförmigen Einsatzkörper gebildet ist, um den die Faserkunststofflagen herumgezogen sind, wodurch der Einsatzkörper in den Faserverbund mit eingebunden wird.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Verstärkungsrippe - in Draufsicht - zur Seite abgekröpft. Dies ist z. B. dann von Vorteil, wenn Platz für eine Befestigungsbohrung benötigt wird.

Gemäß der zweiten Variante sind zwei Verstärkungsrippen jeweils seitlich vorgesehen. Dadurch entsteht eine Art kastenförmiges Element mit hoher Steifigkeit gegen Biegung und Torsion. Aufgrund der festigkeitsbezogenen Vorteile dieser Kontruktion kann die Materialdicke erheblich geringer ausgebildet werden, was zu Gewichts- und Preisvorteilen führt.

In Anpassung an die räumlich konstruktiven Gegebenheiten des Automobilbaus besitzen die chassisseitigen Scharnierteile ein ausgeprägtes Rückenteil. Dieses Rückenteil, d. h. der kürzere L-Schenkel, kann mit der Grundplatte, d. h. dem längeren L-Schenkel, einen stumpfen Winkel einschließen, so daß zwischen Rückenteil und türseitigem Scharnierteil ein Spalt gebildet wird, in dem die Schraubenköpfe der Schraubbefestigung Platz finden.

Eine minimale Verringerung der Hebelarme wird dadurch erreicht, daß das Auge unmittelbar an die Grundplatte anschließt. Ob eine derartige platz- und kräftesparende Konstruktion verwendbar ist, hängt jedoch von den konstruktiven Gegebenheiten des Kraftfahrzeugs selbst ab.

Da im allgemeinen in diesem Bereich größere Hebelarme erforderlich sind, kann sich ein ungünstiger Kraftverlauf ergeben. Um hier Abhilfe zu schaffen, kann die Grundplatte insbesondere des türseitigen Scharnierteils im Bereich des Auges nach vorn gekröpf sein.

Vorteilhafterweise bestehen die Verstärkungsfasern aus Glas oder Kohlenstoff.

Um bei minimalem Aufwand eine maximale Festigkeit zu erreichen, liegen die Fasern der aufeinanderliegenden Kunststofflagen in Richtung der wesentlichen Belastungen. Auf diese Weise können auch in mehrere Richtungen verlaufende Belastungen optimal aufgenommen werden.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen

die Fig. 1, 2 und 3 eine erste Ausführungsform eines chassisseitigen Scharnierteils in Draufsicht und zwei Seitenansichten,

die Fig. 4 und 5 eine zweite Ausführungsform eines chassisseitigen Scharnierteils in Draufsicht und Seitenansicht,

die Fig. 6 und 7 eine erste Ausführungsform eines türseitigen Scharnierteils in Draufsicht und Frontsicht,

Fig. 8 eine zweite Ausführungsform eines türseitigen Scharnierteils in Draufsicht,

die Fig. 9, 10 und 11 eine dritte Ausführungsform eines türseitigen Scharnierteils in Draufsicht und zwei Seitenansichten,

Fig. 12 eine Seitenansicht eines kompletten Türscharniers im zusammengebauten Zustand,

Fig. 13 eine Seitenansicht eines weiteren Türscharniers im zusammengebauten Zustand und

die Fig. 14 und 15 sogenannte Schnittmuster der faser­ verstärkten Kunststofflagen zur Herstellung eines chassisseitigen Scharnierteils gemäß den Fig. 4 und 5.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform eines chassisseitigen Scharnierteils 10. Man erkennt zunächst eine Grundplatte 10.1 mit zwei diagonal versetzten Befestigungsbohrungen 14, die als Langlächer zwecks Justierbarkeit ausgebildet sein können. Von der Grundplatte 10.1 aus erstreckt sich ein Rückenteil 10.2 nach oben, so daß das Scharnierteil 10 im Querschnitt etwa L-Form besitzt. Am Ende des Rückenteils 10.2 ist ein Auge 11 mit einer eingeformten Lagerbuchse 12 vorgesehen, wobei es möglich ist, diese bei der Herstellung des Scharnierteils 10 mit einzuformen. Statt einer Lagerbuchse könnte auch ein Lagerzapfen eingeformt werden.

Im Bereich des Auges 11 ist eine etwa zentrale zwickelförmige Verstärkungsrippe 10.3 angeformt. Diese wird im wesentlichen gebildet durch einen zwickelförmigen Einsatzkörper 13, der in den Fig. 2 und 3 durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Um diesen Einsatzkörper 13 herum sind die Faserkunststofflagen praktisch ohne Unterbrechung gezogen, so daß der Einsatzkörper 13 in den Faserverbund mit eingebunden ist.

Dieses Einbinden sowohl des Einsatzkörpers 13 als auch insbesondere des hochbelasteten Auges 11 mit seiner Lagerbuchse 12 ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung. Erreicht wird dies durch eine entsprechende Vorbereitung der Faserkunststofflagen, d. h. der sogenannten Prepregs, die dann entsprechend gelegt und in einer heizbaren Preßform endgeformt und ausgehärtet werden. Die Scharniere können der Preßform endfertig entnommen werden, so daß Nacharbeiten nicht mehr erforderlich sind. Durch geeignete Ausgestaltung der Form kann überflüssiger Kunststoff abgeführt werden, um den Anteil der hochfesten Verstärkungsfasern im Endprodukt zu erhöhen.

Wie Fig. 1 zeigt, ist die Verstärkungsrippe 10.3 zur Seite abgekröpft, damit ausreichend Platz für einen Längsschlitz 14 bleibt.

Die Befestigungsbohrungen 14 kann man nachträglich bohren. Günstiger ist es jedoch, wenn sie beim Zuschneiden der Prepregs form- und lagerichtig ausgestanzt werden. In der Preßform sind an diesen Stellen entsprechende angespitzte Dorne vorgesehen. Dadurch werden die Prepregs in der Form justiert, das Fasermaterial wird beim Zusammenfahren der Preßform zur Seite geschoben und das der Form zu entnehmende Scharnierteil besitzt lagerichtige Längsschlitze 14.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform eines chassisseitigen Scharnierteils 20. Dieses unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen dadurch, daß zwei Verstärkungsrippen 20.3 vorhanden sind, und zwar jeweils seitlich am Rand der Grundplatte 20.1. Durch die in sich stabile Form dieses Scharnierteils 20 ist es möglich, sowohl die Grundplatte 20.1 als auch die Verstärkungsrippen 20.3 erheblich dünner zu wählen. Lediglich im Bereich des Rückenteils 20.2, d. h. dort wo das hochbelastete Auge 21 mit Lagerbuchse 12 sitzt, ist eine größere Materialdicke vorgesehen, wobei auch diese unterschiedlichen Materialdicken ohne Nacharbeitung und dergleichen erreichbar sind, wie noch anhand der Fig. 9 und 10 erläutert wird.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine erste Ausführungsform eines türseitigen Scharnierteils 30. Dieses ist flach, wenn die Einbauverhältnisse größere Bauformen nicht zulassen. Es besteht im wesentlichen aus einer Grundplatte 30.1 mit zwei Befestigungsbohrungen 32. Augen 31.1, 31.2 sitzen unmittelbar an der Grundplatte 30.1, wobei auch in diesem Fall die Faserkunststofflagen ohne Unterbrechung von der Grundplatte zum Auge und wieder zurück zur Grundplatte geführt sind. Dabei ist darauf hinzuweisen, daß das zweite, seitliche Auge 31.2 im wesentlichen nur Stützfunktion hat und gegebenenfalls entfallen kann; die Hauptbelastung wird von dem zentralen Auge 31.1 aufgenommen.

Fig. 8 zeigt eine zweite Ausführungsform eines türseitigen Scharnierteils 40. Hier sind sowohl die Augen 41.1, 41.2 als auch die Befestigungsbohrungen 42 sozusagen symmetrisch angeordnet, wodurch sich eine erheblich günstigere Kraftverteilung ergibt, so daß beispielsweise die Augen erheblich schmäler oder mit weniger Faserkunststofflagen ausgebildet werden können.

Die Fig. 9 bis 11 zeigen eine dritte Ausführungsform eines türseitigen Scharnierteils 50. Hier ist jedoch die Grundplatte 50.1 mit den Befestigungsbohrungen 54 in ihrem zentralen Bereich, d. h. unter dem Auge 51, nach vorn gekröpft, so daß die Verbindung zwischen Grundplatte 50.4 und Auge 51 auf kürzestem Weg mit optimaler Festigkeit erfolgt. Außerdem sorgen die Seitenteile der Abkröpfung 50.4 für einen günstigen Verlauf der Kraft vom Auge 51 zu den Befestigungsbohrungen 54.

Fig. 12 zeigt eine erste Variante eines Scharniers für Kraftfahrzeugseitentüren in zusammengebautem Zustand. Das chassisseitige Scharnierteil 60 entspricht dem der Fig. 4 und 5, das türseitige Scharnierteil 61 dem der Fig. 9 ohne Abkröpfung. Die Grundplatte 60.1 schließt mit dem Rückenteil 60.2 einen stumpfen Winkel ein. Dadurch entsteht zwischen dem Rückenteil 60.2 und dem türseitigen Scharnierteil 61 ein Spalt 62, in dem später die Köpfe der Befestigungsschrauben ausreichend Platz finden.

Fig. 13 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Scharniers für Kraftfahrzeugseitentüren im zusammengebauten Zustand. Das türseitige Scharnierteil 71 entspricht dem der Fig. 12. Das chassisseitige Scharnierteil 70 besitzt ein nur wenig ausgeprägtes Rückenteil 70.2, welches mit der Grundplatte 70.1 einen extrem stumpfen Winkel einschließt, so daß ausreichend Platz für Befestigungsschraubenköpfe entsteht.

Die Fig. 14 und 15 schließlich zeigen sogenannte Schnittmuster, wie sie verwendet werden können, um aus Prepregs mit variierender Faserrichtung ein Scharnierteil 20 gemäß den Fig. 4, 5 oder 12 herzustellen. Man erkennt das im wesentlichen rechteckige Teil 2.1, aus dem später die Grundplatte 20.1 entsteht, die seitlichen, dreieckigen Teile 2.2, aus denen später die Verstärkungsrippen 20.3 entstehen, das im wesentlichen rechteckige Teil 2.3, aus dem später ein Teil des Rückenteils 20.2 entsteht, die Teile 2.4, die die wesentlichen Bereiche der Augen 21 bilden, und die Teile 2.5, die sowohl die Augen 21 bilden als auch die seitlichen Verstärkungsrippen 20.3 in den Faserverbund einbinden.

Die besondere Ausgestaltung des Schnittmusterteils 3 ist im wesentlichen verantwortlich für die feste Einbindung der seitlichen Verstärkungsrippen 20.3 und des Rückenteils 20.2 sowie für die Verstärkung des Rückenteils 20.2. Bewirkt wird dies im wesentlichen durch die flügelförmigen Seitenteile 3.4, die über das Rückenteil 3.3 geschlagen werden. Auch hier sorgen die langen Schmalteile 3.5 zusammen mit den entsprechenden Teilen 2.5 des Schnittmusterteils 2 für das Einbinden der Verstärkungsrippen 20.3 in den Faserverbund.

Mit Türscharnieren, wie sie in den Fig. 1 bis 8 dargestellt sind, konnten hervorragende mechanische Werte erreicht werden, Beim sogenannten Verformungs-Test, bei dem eine Belastung der etwa 10 Grad geöffneten KFZ-Tür dadurch simuliert wird, daß über einen Hebelarm von 127 cm eine Belastung von 885 N aufgebracht wird, zeigte sich, daß die von Stahlscharnieren bekannten Abweichungen bei maximaler Belastung nicht überschritten werden, daß aber die Rückkehrgenauigkeit bei Entlastung höher ist als bei Stahlscharnieren, und zwar bei den Scharnieren sowohl gemäß Fig. 1 als auch Fig. 4. Beim Prüfen der Längs- und Querkraft gemäß EGE Reglement Nr. 11, bei dem das Auge der Scharniere in einer Ebene parallel zur Grundplatte in beiden Richtungen belastet wird, wurden bei den türseitigen Scharnieren gemäß Fig. 1, Fig. 4, Fig. 6 und 8 Bruchwerte erzielt, die deutlich über den in der Norm genannten Werten liegen. Auch die Dauererprobung des Türöffnens und Schließens mit mindestens 45 000 Lastspielen wurde erfüllt.

Claims (13)

1. Scharnier für KFZ-Seitentüren, bestehend aus einem chassisseitigen Scharnierteil (10, 20) mit einem Zapfen (25) und einem türseitigen Scharnierteil (30, 40, 50) mit einem Loch bzw. einer Lagerbuchse (12), die den Zapfen (25) umschließt, wobei beide Scharnierteile (10, 20, 30, 40, 50) Bohrungen (14, 24, 32, 42, 54) für eine Schraubbefestigung an Chassis bzw. Tür besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus faserverstärktem Kunststoff besteht, dessen Faseranteil mindestens 50% beträgt, der in mehreren Lagen (2, 3), die formgemäß zugeschnitten sind, aufeinandergelegt, gepreßt und ausgehärtet ist, daß wenigstens das chassisseitige Scharnierteil (10, 20) eine L-Form besitzt, wobei ein Auge (11, 21) zur Aufnahme des Zapfens (25) bzw. der Lagerbuchse (12) am Endes des kürzeren L-Schenkels (10.2, 20.2) sitzt und daß der Zapfen (25) bzw. die Lagerbuchse (12) in den Kunststoff der Scharnierteile eingeformt ist.

2. Scharnier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den L-Schenkeln (10.1, 10.2; 20.1, 20.2) eine zwickelförmige Verstärkungsrippe (10.3, 20.3) vorgesehen ist.

3. Scharnier nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstärkungsrippe (10.3) zentral angeordnet ist.

4. Scharnier nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsrippe (10.3) durch einen zwickelförmigen Einsatzkörper (13) gebildet ist, um den die Faserkunststofflagen herumgezogen sind.

5. Scharnier nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Verstärkungsrippen (20.3) seitlich vorgesehen sind.

6. Scharnier nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Verstärkungsrippe (10.3) - in Draufsicht - zur Seite abgekröpft ist.

7. Scharnier nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die chassisseitigen Scharnierteile (10, 20) ein ausgeprägtes Rückenteil (10.2, 20.2) besitzen.

8. Scharnier nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der kürzere L-Schenkel (10.2, 20.2) mit dem längeren L-Schenkel (10.1, 20.1) einen stumpfen Winkel einschließt.

9. Scharnier nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Auge (31, 41, 51) unmittelbar an die Grundplatte (30.1, 40.1) anschließt.

10. Scharnier nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (50.1) im Bereich des Auges (51) nach vorn gekröpft ist.

11. Scharnier nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern aus Glas oder Kohlenstoff bestehen.

12. Scharnier nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der aufeinanderliegenden Lagen in Richtung der wesentlichen Belastungen liegen.

13. Scharnier nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern im Bereich der hochbelasteten Augen (11, 21, 31, 41, 51) ohne Unterbrechung verlaufen.