DE10107050A1

DE10107050A1 - Hydraulischer Drehflügelantrieb

Info

Publication number: DE10107050A1
Application number: DE10107050A
Authority: DE
Inventors: Juergen Homberg
Original assignee: Dorma Deutschland GmbH
Current assignee: Dorma Deutschland GmbH
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2021-02-14
Also published as: EP1409827B1; WO2002064933A1; DE50213577D1; ES2327213T3; ATE432405T1; EP1409827A1; DE10107050C2; DK1409827T3

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf einen hydraulischen Drehflügelantrieb mit einem Gleitschienenschließer mit einem exzentrisch gelagerten, eine kreisrunde Wälzkurve aufweisenden Ritzel, welches mit einer am Kolben angeordneten Zahnstange kämmt, wobei eine besondere Ausgestaltung der Wälzkurve und der Zähne der Zahnstange in Anpassung an eine Evolventenverzahnung des Ritzels erfolgt. Zur Erzielung eines optimalen Bewegungsablaufs des Kolbens im Gehäuse des Gleitschienenschließers ist eine verbesserte Ausgestaltung der Schließverzögerung vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Drehflügelantrieb mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Pumpe.

Die EP 0 662 185 B1 beschreibt einen aus einer Antriebseinheit und einem Türschließer bestehenden Schwenktürantrieb. Der Türschließer weist eine Schließerwelle auf, auf der drehfest ein mit einer Zahnstange eines Kolbens kämmendes Ritzel angeordnet ist. Der Kolben stützt sich an einer Schließerfeder ab. Die Antriebseinheit besteht aus einem Elektro motor, welcher über ein Getriebe eine Spindel antreibt, auf der ein Lauf wagen linear verschieblich geführt ist. Bei Betätigung des Elektromotors verschiebt der auf der Spindel drehbar gelagerte Laufwagen den Kolben gegen die Kraft der Schließfeder und gegen die Kraft einer den Laufwagen bei unbestromten Elektromotor in die Ausgangslage verschiebenden Rückholfeder. Der Elektromotor bewirkt somit lediglich den Öffnungs vorgang der Tür, während der Schließvorgang ausschließlich vom Tür schließer unter Einbeziehung eines den Schließvorgang hydraulisch steuernden Mediums bewirkt wird.

Der Schwenktürantrieb nach dem US Patent 409,961 verwendet einen pneumatisch betriebenen Zylinder, dessen Kolbenstange beim Öffnen der Tür eine Zahnstange mit S-förmiger Wälzkurve beaufschlagt, welche mit einem an der Tür angeordneten Ritzel kämmt, dessen Drehachse coaxial mit der Drehachse der Tür verläuft. Der Schließvorgang der Tür wird durch eine dem Kolben des Zylinders in seiner Ausgangslage zurückdrückende Feder bewirkt.

Ferner sind manuell betätigbare Gleitschienenschließer bekannt, bei denen ein im Gehäuse geführter, gegen eine Schließfeder abgestützter Kolben vorgesehen ist, wobei ein auf der Schließerwelle angeordnetes Ritzel mit einer Zahnstange des Kolbens kämmt.

Vorgenannte auch als Zahntriebschließer bezeichnete Gleitschienen schließer besitzen gegenüber herkömmlichen Türschließern den Vorteil, dass sie kein frei in den Raum ragendes Gestänge, sondern lediglich einen flach am Türrahmen oder Türblatt anliegenden Betätigungsarm auf weisen. Allerdings haftet ihnen der Nachteil an, dass der flach am Tür rahmen oder Türblatt anliegende Betätigungsarm in Verbindung mit der konventionellen, symmetrischen Zahntriebmechanik zu einem ungünstigen Kraftverlauf an der Tür führt. Es besteht deshalb das Bestreben nach einer optimalen Ausgestaltung des Zahntriebes, um während des Öffnungs- und Schließvorganges der Tür einen möglichst reibungsarmen und stoßfreien Ablauf des Ritzels an der zugeordneten Zahnstange und damit des Kol bens im Kolbengehäuse zu erreichen.

Bei bekannten Türschließern finden zentrisch oder exzentrisch gelagerte Ritzel Verwendung.

Ein Türschließer mit einem exzentrisch gelagerten Ritzel ist durch die EP 0 856 628 A1 bekannt geworden, wobei die Verzahnung der Zahnstange eine linear verlaufende, unter einem Winkel zwischen 4,5° und 7,2° zur Bewegungsrichtung des Kolbens verlaufende Wälzgerade bildet. Die Wahl des Winkels ist abhängig von der Größe des Türschließers bzw. der Kraft der Schließfeder. Ein optimaler, insbesondere reibungsarmer und stoß freier Ablauf der Zähne des Ritzels an der Zahnstange ist aufgrund der ex zentrischen Lagerung des Ritzels und des linearen Verlaufs der Zahn stange nicht gewährleistet.

Eine vergleichbare Lösung unter Verwendung einer unter einem Winkel linear verlaufenden Zahnstange beschreibt das US Patent 633,682.

Ein exzentrisch gelagertes Ritzel zeigen ferner die DE 36 45 313 C2 und DE 36 45 314 C2 unter Verwendung einer am Ritzel angeordneten Wälz kurve mit unterschiedlichen Hebelarmen zur Drehachse. Die Wälzkurve der zugeordneten Zahnstange verläuft entsprechend bogenförmig.

Bei einem aus der DE PS 82 17 72 bzw. der französischen Patentanmel dung 96 69 45 bekannten Türschließer ist die Schließerwelle an einem exzentrisch gelagerten elliptischen Zahnrad angeschlossen, dass mit einer schrägen kolbenseitigen Zahnstange kämmt. Mittels des elliptischen Ge triebes wird aufgrund der unterschiedlichen langen Hebelarme des elliptischen Zahnrades eine dem gewünschten Momentenverlauf in gewissem Umfang angepasste Übersetzung erreicht.

Der pneumatische Türschließer gemäß der US 1,359,144 weist ein kreis rundes exzentrisch gelagertes Ritzel auf, welches mit einer ungeraden Zahnstange am Kolben kämmt. Das kreisrunde Ritzel ist mit einer regel mäßigen Verzahnung auf einer kreisförmigen Wälzkurve versehen, wobei durch die exzentrische Lagerung unterschiedliche Hebelarme wirksam werden.

Verschiedene Ausgestaltungsformen eines Kolbenantriebs bei Türschlie ßern beschreiben die DE 36 38 353 A1, die EP 0 207 251 A2, die DE 94 12 64 und die US 2,933,755, wobei in Verbindung mit exzentrisch oder zentrisch gelagerten Ritzeln - gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines übersetzenden Zahntriebes - mittels eines Kurbeltriebes eine direkte Beaufschlagung der Schließfeder erfolgt.

Zentrisch gelagerte Ritzel sind durch die EP 0 056 256 A2 sowie durch die EP 0 350 568 bekannt geworden. Die EP 0 056 256 A2 befasst sich mit einem Türschließer, dessen Kolben zwei spiegelbildlich diametral gegen überliegende Zahnstangen aufweist, wobei ein zentrisch gelagertes Ritzel in der Schließposition mit verkürzten Zähnen in beide Zahnstangen des Kolben eingreift.

Der Türschließer gemäß der EP 0 350 568 weist ein zentrisch gelagertes Ritzel auf, welches über den Umfang verlaufend Zähne mit progressiv steigender Zahnhöhe aufweist, die zwischen die Stäbe einer entsprechend kurvenförmig verlaufenden Zahnstange eingreifen.

Im wesentlichen zentrisch gelagerte Ritzel eines Antriebs für eine Tür oder ein Fenster offenbaren die DE 44 44 131 A1 und DE 44 44 133 A1, wobei das Ritzel selbst über etwa seinen halben Umfang eine Verzahnung auf weist, deren Zähne an unterschiedlich langen Hebefarmen angeordnet sind und auf einer entsprechend gekrümmten Wälzkurve einer Zahn stange ablaufen.

Aufgabe der Erfindung ist es, während des Öffnungsvorganges der Tür auf eine mechanische Beaufschlagung des Kolbens des Gleitschienen schließers zu verzichten. Dabei wird angestrebt, durch eine besondere Ausgestaltung des Ritzels und der Zahnstange eines mit Bezug auf den Öffnungsantrieb autark arbeitenden Gleitschienenschließers den Bewe gungsablauf des Kolbens des Gleitarmtürschließers während des Öffnungs- und Schließvorganges innerhalb des Türschließergehäuses zu optimieren, d. h. insbesondere einen klemmfreien und damit reibungs armen Ablauf des Ritzels an der Zahnstange des Kolbens zu gewähr leisten. Durch die Verwendung eines Ritzels mit geeigneter Wälzkurve sollen die Herstellungskosten des Ritzels minimiert werden, wobei durch eine besondere Ausgestaltung der Zahnstange gegenüber bekannten Zahnstangen aufgrund der angestrebten Reibungsarmut eine längere Lebensdauer und ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden sollen, was die Verwendung einer schwächeren Schließfeder ermöglicht. Ferner soll eine Verbesserung der Schließcharakteristik des Gleitschienenschließers zu sätzlich durch eine Verbesserung des Ölaustausches vom Kolbenraum zum Federraum während des Schließvorganges erreicht werden.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit der Lehre nach Anspruch 1.

Der Kolben des Gleitschienenschließers wird unmittelbar beim Öff nungsvorgang mit einer hydraulischen Kraft beaufschlagt. Dieses be deutet, dass eine in dem Kolben vorhandene Zahnstange mit einem Ritzel an der Ausgangswelle des Gleitschließers in Wirverbindung tritt.

Nach Maßgabe der Erfindung sind die Zahnstange bzw. deren Zähne op timal an den Ablauf einer Evolventenverzahnung des Ritzels unter Be rücksichtigung dessen exzentrischer Lagerung und dessen kreisrunder Wälzkurve angepasst, so dass ein stoßfreier Übergang zum jeweils nächstfolgenden Zahn sowohl beim Öffnungs- als auch beim Schließvor gang gewährleistet ist. Dies gilt insbesondere auch für den die Drehung um 180° überschreitenden Bereich des Ritzels. Weitere Merkmale der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Der Schließvorgang umfasst hiernach vier Schließphasen, wobei jeder Schließphase unter Einschluss einer gewissen Toleranz in an sich bekannter Weise ein Schließwinkel zugeordnet ist. Durch die im Kolben mantel angeordnete Längsnut kann mittels eines einzigen Ventils sowohl die erste als auch die dritte Schließphase gesteuert werden, so dass der erreichbare reibungsarme Ablauf des Ritzels an der Zahnstange durch eine vorteilhafte Ausgestaltung des Ölaustausches vom Kolbenraum zum Federraum während des Schließvorganges unterstützt wird, wobei auf ein üblicherweise für die dritte Schließphase erforderliches Ventil verzichtet werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Vorderansicht eines hydraulischen Dreh flügelantriebes.

Fig. 2 Einen Vertikalschnitt durch ein Schließergehäuse.

Fig. 3 Den Schnitt nach der Linie A-A gemäß Fig. 1.

Fig. 4 Eine Draufsicht auf den Kolben mit zwei Endstellungen des Ritzels.

Fig. 5-8 In schematischer Darstellung vier Stellungen des Kolbens während der Schließverzögerung.

Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung eines hydraulischen Dreh flügelantriebes 100, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel die Antriebsvorrichtung am Türblatt 101 und die Gleitschiene 102 an der Tür zarge 103 angeordnet sind. Die Antriebsvorrichtung weist einen Elektro motor 104 und eine Pumpe 105 auf. Das von der Pumpe 105 gelieferte hydraulische Medium gelangt über ein Ventil 106 in eine in der Bildebene links neben einem in Fig. 1 nicht dargestellten Kolben 4 befindliche Druckkammer 107 und verschiebt den Kolben 4 während des Öff nungsvorganges der Tür in der Bildebene gegen die Kraft einer Schließfeder 3 nach rechts. Gleichzeitig fließt die im Federraum 18 be findliche Flüssigkeit über eine Ausgleichsleitung 108 zurück in den Ansaugbereich 109 der Punpe 105. Bei der vorgenanten Beaufschlagung des Kolbens 4 treibt das mit einer Zahnstange 5 (siehe Fig. 4) des Kol bens 4 kämmende, in Fig. 1 nicht dargestellte Ritzel 6 den in der Gleit schiene 102 mittels eines Gleitstückes 110 geführten, auf einer Drehachse D des Ritzels 6 drehfest gelagerten Arm 111 an. Bei unbestromten Elektromotor 104 führt die Schließfeder 3 den Kolben 4 in seiner Aus gangslage zurück, wobei der Ausgleich der Hydraulikflüssigkeit wiederrum über die Ausgleichsleitung 108 erfolgt.

Ausweislich der Fig. 2 bis 4 ist in einem Gehäuse 2 eines Gleit schienenschließers 1 ein Kolben 4 geführt, auf den eine Schließfeder 3 wirkt. Wie die Fig. 3 und 4 erkennen lassen, besitzt der Kolben 4 eine Zahnstange 5, welche mit einem, eine Evolventenverzahnung 7 aufwei senden Ritzel 6 kämmt. Das Ritzel 6 ist im Bereich einer mit 23 be zeichneten Mittellängsachse in der mit D bezeichneten Drehachse ex zentrisch gelagert, wobei in der in Fig. 3 dargestellten Schließposition des Ritzels 6 der Mittelpunkt M des Wälzkreises des Ritzels 6 in Richtung auf die Zahnstange 5 versetzt ist und in der in Fig. 4 dargestellten Öffnungsposition der Mittelpunkt M des Wälzkreises des Ritzels 6 entgegengesetzt versetzt ist. Die Wälzkurve des Ritzels 6 ist ersichtlich kreisrund. Die allgemein mit 9 bezeichneten Zähne der Zahnstange 5 besitzen Öffnungsseitige Zahnflanken und schließseitige Zahnflanken, wobei die schließseitigen Zahnflanken 8 (siehe Fig. 4) der letzten beiden Zähne 9 abgewinkelt ausgebildet sind. Die Zahnflanken der übrigen Zähne 9 besitzen einen geraden Verlauf. Mit der vorgenannten Maßnahme wird sichergestellt, dass bei einer Bewegung des Kolbens 4 in Pfeilrichtung X (Öffnungsrichtung) beim Ablauf des Ritzels 6 auf der Zahnstange 5 auch in dem Bereich, in dem das Ritzel 6 die Drehung um 180° geringfügig überschritten hat (siehe Schließposition des Ritzels 6 in Fig. 4) ein reibungsarmer Eingriff der Evolventenverzahnung 7 in die Zähne 9 der Zahnstange 5 erfolgt. Die Wälzkurve der Zahnstange 5 ist im übrigen der exzentrischen Lagerung des Ritzels 6 angepasst und besitzt entsprechend einen leichten S-förmigen Verlauf, wobei alle Zähne 9 der Zahnstange 5 Öffnungsseitig und schließseitig unterschiedliche Flankenwinkel aufweisen.

Wie insbesondere die Fig. 2 und die Fig. 5 bis 8 ausweisen, sind in der Gehäusewandung 10 des Gleitschienenschließers 1 drei der Schließ verzögerung dienende Regulierventile 11, 12 und 13 angeordnet, deren Funktion anhand der Fig. 5 bis 8 nachfolgend erläutert wird.

Während des Beginns des Schließvorganges gemäß Fig. 5 überfährt der Kolben 4 die Ölablaufleitung 14, welche über eine Leitung 19 mit dem Re gulierventil 11 und eine Leitung 20 mit dem Kolbenraum 24 verbunden ist. Das aus dem Kolbenraum 24 austretende Öl kann über eine Längsnut 16 im Kolbenmantel 15 und einer Radialbohrung 17 im Kolben 4 in den Fe derraum 18 übertreten. Die dem Regulierventil 12 zugeordneten Leitungen 25, 21 und 22 liegen in einer anderen Ebene.

Ausweislich Fig. 6 hat die Nut 16 die Leitung 14 überfahren, so dass ein Ölübertritt vom Kolbenraum 24 zum Federraum 18 lediglich aufgrund des Spiels zwischen Kolben 5 und Gehäusewandung 10 möglich ist, was eine starke Verzögerung der Schließgeschwindigkeit zur Folge hat (zweite Phase der Schließverzögerung).

In der dritten Phase der Schließverzögerung gelangt das Öl wiederum vom Kolbenraum 24 über die Leitung 20 und das gleiche Regulierventil 11 sowie die Leitungen 19 und 14 in den Bereich einer nicht näher darge stellten Überströmkante des Kolbens 5 in den Federraum 18. Da es sich um das gleiche Ventil 11 handelt, ist die Schließgeschwindigkeit in der ersten und dritten Verzögerungsphase gleich.

In der vierten Phase der Schließverzögerung (Beginn des Schließberei ches) ist die zum Kolbenraum 24 führende Leitung 20 des Ventils 11 ver schlossen; hierbei gelangt das Öl aus dem Kolbenraum 24 über die Lei tung 25, das Regulierventil 12, die Leitung 21 und die Leitung 22 über die vorgenannte Überströmkante in den Federraum 18. Das mit 13 bezeich nete Regulierventil ist üblicherweise während der Schließverzögerung ge schlossen; es besteht jedoch die Möglichkeit, durch entsprechendes Öff nen dieses Ventils während der zweiten Schließphase (in der ein Ölaus tausch nur über die Leckage zwischen Kolben und Gehäusewandung stattfindet) den Verzögerungszeitraum zu verringern, wobei das aus dem Kolbenraum 24 austretende Öl gedrosselt über die Leitung 26 das Regulierventil 13, die Leitung 27 und die Leitung 28 in den Federraum 18 ge leitet wird.

Bezugszeichenliste

1

Gleitschienenschließer

2

Gehäuse

3

Schließfeder

4

Kolben

5

Zahnstange

6

Ritzel

7

Evolventenverzahnung

8

schließseitige Zahnflanken

9

Zähne der Zahnstange

10

Gehäusewandung

11

Regulierventil

12

Regulierventil

13

Regulierventil

14

Ölablaufleitung

15

Kolbenmantel

16

Längsnut

17

Radialbohrung

18

Federraum

19

Ölablaufleitung

20

Ölablaufleitung

21

Ölablaufleitung

22

Ölablaufleitung

23

Mittellängsachse

24

Kolbenraum

25

Ölablaufleitung

26

Ölablaufleitung

27

Ölablaufleitung

28

Ölablaufleitung

100

Drehflügelantrieb

101

Türblatt

102

Gleitschiene

103

Türzarge

104

Elektromotor

105

Pumpe

106

Ventil

107

Druckkammer

108

Ausgleichsleitung

109

Ansaugbereich

110

Gleitstück

111

Arm
M Mittelpunkt des Wälzkreises des Ritzels
D Drehachse des Ritzels
X Pfeilrichtung in Öffnungsrichtung

Claims

1. Hydraulischer Drehflügelantrieb (100) mit einer von einem Elektro motor (104) angetriebenen Pumpe (105), welche einen in einem Gehäuse (2) eines Gleitschienenschließers (1) geführten Kolben (4) gegen die Kraft einer in einem Federraum (18) gelagerten Schließfeder (3) beaufschlagt, mit einer zwischen dem Federraum (18) und der Pumpe (105) vorgesehenen Ausgleichsleitung (108), mit einem exzentrisch im Gehäuse (2) des Gleitschienen schließers (1) drehbar gelagerten, eine kreisrunde Wälzkurve auf weisenden Ritzel (6), welches mit einer Zahnstange (5) des Kol bens (4) kämmt, wobei ein Mittelpunkt M der Wälzkurve gegen über einer Drehachse D des Ritzels (6) in der Schließposition in Richtung auf die Zahnstange (5) und in der Öffnungsposition ge genüber der Drehachse D entgegengesetzt versetzt ist,
das Ritzel (6) eine Evolventenverzahnung (7) aufweist;
die Zahnstange (5) als Zahnstangenprofil ausgebildet ist und die schließseitigen Zahnflanken (8) der in Öffnungsrichtung (Pfeil X) letzten Zähne (9) abgewinkelt ausgebildet sind,
die Zähne (9) der Zahnstange (5) auf einer S-förmigen Wälzkurve angeordnet sind, wobei
jeweils ausgehend von der Schließposition,
die Wälzkurve im wesentlichen bis zur halben Länge der Zahn stange ansteigend und folgend abfallend ausgebildet ist,
alle Zähne (9) der Zahnstange (5) Öffnungsseitig und schließseitig unterschiedliche Flankenwinkel aufweisen,
der Öffnungsseitige Flankenwinkel der Zähne (9) im wesentlichen bis zur halben Länge der Zahnstange (5) ansteigt und folgend im wesentlichen gleichbleibend verläuft,
der schließseitige Flankenwinkel der Zähne (9) im wesentlichen bis zur halben Länge der Zahnstange (5) abfällt und folgend an steigend verläuft,
die Zahnkopfbreite der Zähne (9) im wesentlichen bis zur halben Länge der Zahnstange (5) ansteigt und folgend abfallend verläuft, die Drehung des Ritzels (6) von der Schließposition bis zur maximalen Öffnungsposition mehr als 180° beträgt, wobei die dem 180° übersteigenden Bereich des Ritzels (6) zugeordneten schließseitigen Zahnflanken (8) der in Öffnungsrichtung (Pfeil X) letzten Zähne (9) abgewinkelt sind und
der Kolben (4) in dem Gehäuse (2) mittels wenigstens eines in der Gehäusewandung (10) angeordneten Regulierventiles (11, 12, 13) schließverzögert geführt ist, wobei mindestens einem Regulier ventil (11) zwei Schließphasen zugeordnet sind.

2. Drehflügelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließvorgang vier Phasen der Schließverzögerung umfasst, wobei unter Verwendung von zwei Regulierventilen (11, 12) ein erstes Regulierventil (11) sowohl eine erste Schließphase zwischen etwa 180° und 100° als auch eine dritte Schließphase zwischen etwa 70° und 20° mit gleicher Schließgeschwindigkeit steuert, während das zweite Regulierventil (12) die vierte Schließ phase zwischen etwa 20° und 0° steuert und in der zweiten Schließphase zwischen etwa 100° und 70° die Funktion beider Regulierventile (11, 12) aufgehoben ist.

3. Drehflügelantrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Ölablaufleitung (14) des ersten Regulierventiles (11) in der ersten Phase der Schließverzögerung in eine im Kol benmantel (15) angeordnete Längsnut (16) mündet, welche über eine federraumseitig die Längsnut (16) begrenzende Radialboh rung (17) des Kolbens (4) mit dem Federraum (18) in Verbindung steht.