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Die Erfindung betrifft einen Antrieb für einen Flügel einer Tür nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 36 38 353 A1 ist ein Antrieb für eine Tür bekannt, der sich durch kompakte Bauweise auszeichnet. Bei den verschiedenen Ausführungen der Türantriebe sind jeweils besondere Zahnelemente vorgesehen, durch welche sich die Übersetzungsverhältnisse in Abhängigkeit vom Schließwinkel des Türflügels im Hinblick auf eine Verbesserung der Hebelverhältnisse beim Betätigen des Türflügels und damit des Begehkomforts anpassen lassen. Es ist dabei vorgesehen, dass die ineinander kämmenden Verzahnungen über ihre Wälzkurve unterschiedliche Profilverschiebungen, Module und Flankenwinkel aufweisen. Die Herstellung solcher Verzahnungen ist jedoch technisch aufwändig und kann daher zu deutlich höheren Herstellkosten solcher Türantriebe führen.
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Die
DE 41 00 335 C2 offenbart einen elektromechanischen Drehflügelantrieb mit einem Elektromotor, in dessen Verlängerung ein als Planetengetriebe ausgebildetes Übersetzungsgetriebe angeordnet sein kann. Die Kopplung der von der Schließerwelle ausgeübten Schließkraft erfolgt linear mittels eines Kegelradgetriebes.
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Aus der
US 11 77 641 A ist ein Türschließer bekannt, bei dem das Getriebe des Antriebs als Kegelradgetriebe ausgebildet ist, wobei ein erstes Kegelrad des Kegelradgetriebes mit dem Kolben gekoppelt ist und ein zweites Kegelrad mit der Abtriebswelle im Verzahnungseingriff steht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Türantrieb zu schaffen, der einen verbesserten Begehkomfort aufweist und unter Beibehaltung einer kompakten Bauweise kostengünstig gefertigt werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung.
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Der Grundgedanke der Erfindung basiert auf der Überlegung, dass sich ein Planetengetriebe für die Umwandlung der Linearbewegung des Antriebselements in die Drehbewegung der Abtriebswelle des Antriebs und umgekehrt in besonderem Maße eignet, wobei alle Zahnräder des Planetengetriebes in üblicher Weise ein umlaufend gleichmäßiges Zahnprofil aufweisen können, dessen Kopfkreis auf einer Kreisbahn um die Drehachse des Zahnrades liegt, und das sich relativ kostengünstig fertigen lässt.
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Die Bewegungskoppelung zwischen dem Antriebselement und dem Hohlrad des Planetengetriebes erfolgt über eine als Lenker ausgebildete Treibstange, wodurch das am Antriebselement gelagerte Ende der Treibstange linear und das hohlradseitige Ende der Treibstange entlang einem Kreisbahnabschnitt bewegt wird. Diese Ausführung zeichnet sich neben der einfachen Bauweise durch minimale Reibungsverluste aus, da im Unterschied zum Ritzel-Zahnstange-Prinzip keine hohen Normalkräfte wirken, durch die es zu hohen Reibungskräften zwischen Antriebselement und Führungsbahn der zugehörigen linearen Führung im Gehäuse kommt. Da das hohlradseitige Ende der Treibstange entlang einer Kreisbahn bewegt wird, die maximal einem Viertelkreis entspricht, ergibt sich ein im Verhältnis zum Kreisbahnabschnitt auf den Radius der Kreisbahn verkürzter Hub des Antriebselements. Dadurch kann der Kompressionsweg der Schließfeder geringer dimensioniert werden, wodurch bei einer Schließfeder mit linearer Kennung auch der Kraftzuwachs entsprechend geringer ist. Dies hat zur Folge, dass das Öffnungsmoment des Türflügels kleiner als beim herkömmlichen Türschließerprinzip mit Ritzel und Zahnstange ist. Durch die Kreisbewegung des Hohlrades ergibt sich ein mit zunehmendem Türöffnungswinkel, der mit einem entsprechenden Drehwinkel der Schließerwelle einhergeht, abnehmender wirksamer Hebelarm und somit ein abfallendes Türmoment, wodurch der Begehkomfort entsprechend erhöht wird.
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Bei Türantrieben mit hydraulischer Dämpfung, die prinzipbedingt eines Hydraulikflüssigkeit verdrängenden Kolbens bedürfen, wird das Antriebselement vorzugsweise von diesem Kolben und die Treibstange von der zugehörigen Kolbenstange gebildet.
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Um beim Planetengetriebe baugleiche Planetenräder verwenden zu können, kann die Abtriebswelle des Türantriebs als Sonnenrad zentrisch im Hohlrad angeordnet sein und über wenigstens zwei Planetenräder mit dem Hohlrad im Verzahnungseinriff stehen. Bei drei vorzugsweise auf einem gemeinsamen Träger gelagerten Planetenrädern, deren Drehachsen auf den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks um das Sonnenrad liegen, ergibt sich eine besonders gleichmäßige Übertragung der Zahnradkräfte. Somit können die Zahnräder entsprechend ihrer gleichmäßigen Beanspruchung günstig dimensioniert werden.
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Alternativ kann die Abtriebswelle exzentrisch im Hohlrad angeordnet sein und über Planetenräder unterschiedlichen Durchmessers im Verzahnungseingriff mit dem Hohlrad stehen.
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Bei gleichem lichten Durchmesser des Hohlrades und diametraler Anordnung von zwei Planetenrädern kann eines der Planetenräder einen etwa doppelt so großen Durchmesser wie das andere Planetenrad aufweisen. Die Hebelverhältnisse können hierdurch im Hinblick auf eine Erhöhung des Begehkomforts der zugehörigen Tür weiter verbessert werden.
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Wird das kleinere Planetenrad auf der Gehäuseseite des Antriebs angeordnet, die dem von der Abtriebswelle abgewandten Ende eines mit diesem drehgekoppelten Stangenelements am nächsten liegt, so kann außerdem der Platzbedarf für das Gestänge des Antriebs entsprechend reduziert bzw. auch der Gestängehebel selbst etwas kürzer bemessen werden.
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Unter Nutzung ohnehin für den Antrieb erforderlicher Bauelemente wird zweckmäßig eine als Schraubendruckfeder ausgeführte Schließfeder in einer den Kolben aufnehmenden Bohrung geführt und axial zwischen dem Kolben und einer von der Kolbenstange durchdrungenen Stirnwand des Arbeitszylinders abgestützt. Der Durchmesser des Hohlrades, dessen Anordnung und der lichte Wicklungsdurchmesser der Schließfeder sollten dabei im Interesse eines geräuscharmen Betriebs des Antriebs so aufeinander abgestimmt werden, dass die bei entsprechender Drehung des Hohlrades stattfindende Pendelbewegung der Kolbenstange auch bei ungünstiger Toleranzlage ohne Kontakt zur Wicklung der Schließfeder möglich ist.
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele in der Zeichnung anhand der Figuren näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Antrieb mit Planetengetriebe und;
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2 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Antrieb mit Planetengetriebe in modifizierter Ausführung.
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Ein in 1 schematisch im Schnitt gezeigter Antrieb 10 ist im Ausführungsbeispiel als Obentürschließer ausgebildet, dessen längliches Gehäuse 11 unter etwa horizontaler Erstreckung nahe der Türoberkante auf der Frontseite eines schwenkbeweglichen Flügels 12 aufliegend befestigt ist. Das Gehäuse 11 lässt sich folglich nur gemeinsam mit dem lediglich bereichsweise gezeigten Flügel 12 um dessen nicht gezeigte vertikale Scharnierachse schwenkbewegen.
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Der Flügel 12 der Tür befindet sich in seiner Geschlossenstellung, in welcher er durch die Kraft einer Schließfeder 13 in der vom Türrahmen umrissenen Ebene zugehalten ist. Die Federkraft der als Schraubendruckfeder ausgebildeten Schließfeder 13 wirkt dabei zunächst als Axialkraft auf einen Kolben 14, der unter radialer Abdichtung in einem Hohlzylinder 15 des Gehäuses 11 schiebegeführt ist und den Hohlzylinder 15 in zwei Kammern unterteilt, die zur Dämpfung des Kolbenhubs mit Hydrauliköl befüllt sind. Die beiden Kammern des Hohlzylinders 15 sind durch zwei Überströmkanäle miteinander verbunden, wobei einer der Überströmkanäle den Kolben 14 der Länge nach durchsetzt, während der andere Überströmkanal in der Zylinderwand verläuft und in der Figur nur schematisch dargestellt ist. In dem im Kolben 14 angeordneten Überströmkanal ist ein Rückschlagventil 16 vorgesehen, das ein Überströmen des Hydrauliköls aus der die Schließfeder 13 enthaltenden Hohlkammer in die endseitige Hohlkammer des Hohlzylinders 15 ermöglicht und den Durchfluss in Gegenrichtung sperrt. Demgegenüber ist im anderen Überströmkanal ein zugänglich angeordnetes Einstellventil 17 zur Steuerung der Durchflussmenge in beiden Strömungsrichtungen vorhanden, mit dem das gewünschte Dämpfungsverhalten des Antriebs 10 eingestellt werden kann.
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Vom mit der Federkraft der Schließfeder 13 beaufschlagten Kolben 14 wird die Schließkraft zunächst in die Kolbenstange 18 eingeleitet, deren eines Ende gelenkig mit dem Kolben 14 selbst verbunden ist, wobei vorteilhaft die Kolbenstange 18 zentral am Kolben 14 angreift und den Hohlquerschnitt der Schließfeder 13 der Länge nach durchdringt. Durch eine nicht gezeigte, längliche Durchtrittsöffnung im Boden des Hohlzylinders 15 hindurch ist die Kolbenstange 18 mit einem Planetengetriebe 19 gekoppelt, das im zum Kolben 14 entgegengesetzten Endbereich im Gehäuse 11 angeordnet ist. Die gelenkige Koppelung des Planetengetriebes 19 mit dem Ende der Kolbenstange 18 erfolgt über ein Hohlrad 20, welches einen ähnlichen Durchmesser wie die Bohrung des Hohlzylinders 15 aufweist. Das Hohlrad 20 wird somit von der Federkraft der Schließfeder 13 gegen den Uhrzeigersinn beaufschlagt. Die Innenverzahnung des Hohlrades 20 kämmt in den Gegenverzahnungen von drei Planetenräder 21, die von einem ortsfesten Planetenträger oder direkt im Gehäuse 11 angeordnet in der gezeigten Stellung gehalten werden. Die Drehachsen der drei Planetenräder 21 liegen an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks und weisen daher den gleichen Abstand voneinander auf. Die Planetenräder 21 kämmen auf entsprechenden Umfangsabschnitten in der Verzahnung einer als Sonnenrad mittig im Hohlrad 20 angeordneten Abtriebswelle 22, die im Gehäuse 11 gelagert ist. Diese Abtriebswelle 22 ist durch eine Mitnehmerverbindung drehfest mit dem Endbereich eines geraden Gestängehebels 23 verbunden, welcher sich etwa rechtwinklig zur Front des Flügels 12 vom Gehäuse 11 weg erstreckt. Da die Drehrichtung des Hohlrades 20 infolge der zwischengeschalteten Planetenräder 21 an der Abtriebswelle 22 umgekehrt wurde, wirkt die Drehkraft hier im Uhrzeigersinn, wodurch auch der Gestängehebel 23 im Uhrzeigersinn schwenkbelastet ist. Diese aus der Federkraft resultierende Kraft wird mittels eines Gestängehebels 24 abgestützt, der gerade und etwas länger ist als der Gestängehebel 23. Hierzu ist der Gestängehebel 23 mit seinem von der Abtriebswelle 22 abgewandten Ende über ein Drehgelenk mit dem zugeordneten Ende des Gestängehebels 24 verbunden. Von diesem Drehgelenk ausgehend erstreckt sich der Gestängehebel 24 auf eine Lagerkonsole 25 zu. An der Lagerkonsole 25, die z. B. am Türrahmen oder an der Wand oberhalb der Türöffnung angebracht sein kann, ist das andere Ende des Gestängehebels 24 ortsfest schwenkbar befestigt.
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Beim Öffnen bzw. Aufschwenken des Flügels 12 gegen die Zuhaltekraft der Schließfeder 13 wird der Flügel 12 und damit auch das Planetengetriebe 19 von der Lagerkonsole 25 wegbewegt, wodurch die Abtriebswelle 22 im Uhrzeigergegensinn gedreht wird. Hierdurch drehen die Planetenräder 21 im Uhrzeigersinn und geben diese Drehbewegung an das Hohlrad 20 weiter. Das somit im Uhrzeigersinn angetriebene Hohlrad 20 bewegt das angelenkte Ende der Kolbenstange 18 aus der gezeigten Stellung bei maximal ausgelenkter Kolbenstange 18 auf einer Kreisbahn in eine nicht gezeigte Stellung bei minimal ausgelenkter Kolbenstange 18, in der sie nahe der Längsachse des Schließergehäuses 11 verläuft. Da der Anlenkpunkt der Kolbenstange 18 dabei auf einer Kreisbahn bewegt wird, zieht die Kolbenstange 18 den Kolben 16 um einen entsprechenden Hubweg näher an das Planetengetriebe 19 heran, wobei die Schließfeder 13 axial komprimiert wird.
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Sobald der Flügel 12 bei teilweise oder vollständig komprimierter Schließfeder 13 wieder losgelassen wird, schwenkt dieser durch die Kraft der wieder expandierenden Schließfeder 13, die den Kolben 14 entsprechend im Hohlzylinder 15 verschiebt, in seine gezeigte Geschlossenstellung zurück und wird danach vom Antrieb 10 zugehalten.
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Der in 2 analog zum Antrieb 10 in schematischer Schnittdarstellung gezeigte Antrieb 10.1 stimmt hinsichtlich seiner Funktion als solches mit dem Antrieb 10 überein und ist daher zur Vereinfachung der Beschreibung nur hinsichtlich der technischen Unterschiede näher erläutert. Damit baugleiche oder exakt funktions gleiche Bauelemente der Antriebe 10 und 10.1 leicht zu erkennen sind, wurden sie aber mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
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Beim Antrieb 10.1 in der gezeigten Anordnung handelt es sich ebenfalls um einen Obentürschließer, der aber zur Übertragung der Schließ- und Öffnungskräfte zwischen dem Flügel 12 und Antrieb 10.1 nur einen einzigen Gestängehebel 23.1. aufweist. Zur Abstützung des von der Abtriebswelle 22 abgewandten Endes des Gestängehebels 23.1 ist ein Gleiter 27 drehbar an diesem Ende gelagert und in einer zugehörigen Linearführung einer Gleitschiene 26 geführt. Die Gleitschiene 26 selbst ist unter horizontaler Erstreckung oberhalb der Türöffnung des Flügels 12 am Rahmen oder an der darüber liegenden Wand festgelegt, wodurch der Gestängehebel 23.1 oberhalb des Flügels 12 schwenkbeweglich ist.
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Im Unterschied zum Planetengetriebe 19 sind im Planetengetriebe 19.1 nur zwei Planetenräder 21.1 und 21.2 angeordnet, wobei das Planetenrad 21.1 etwas größer ist als die Abtriebswelle 22, während das Planetenrad 21.2 nur etwa den halben Durchmesser der Abtriebswelle 22 hat. Beide Planetenräder 21.1 und 21.2 sind über einen gemeinsamen Planetenradträger oder direkt im Gehäuse 11 ortsfest in der gezeigten Stellung gehalten, in der die Drehachsen von Abtriebswelle 22 und Planetenrädern 21.1 sowie 21.2 in einer gemeinsamen, etwa rechtwinklig zur Frontfläche des Flügels 12 verlaufende Querebene des Schließergehäuses 11 liegen. In dieser Querebene befindet sich in der Geschlossenstellung des Flügels 12 auch der Anlenkpunkt der Kolbenstange 18 am Hohlrad 20. Der Anlenkpunkt der Kolbenstange 18 am Hohlrad 20 ist somit bei beiden Antrieben 10 und 10.1 gleich.
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Beim Öffnen des Flügels 12 wird dieser um seine vertikale Scharnierachse geschwenkt und dabei von der Gleitschiene 26 wegbewegt, wodurch die exzentrisch im Hohlrad 20 angeordnete Abtriebswelle 22 gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Die Drehbewegung der Abtriebswelle 22 gegen die Kraft der Schließfeder 13 wird über die Planetenräder 21.1 und 21.2 in eine Drehbewegung des Hohlrades 20 im Uhrzeigersinn umgewandelt. Infolge dieser Drehbewegung des Hohlrades 20 wird der Kolben 14 von der Kolbenstange 18 und unter Kompression der Schließfeder 13 um einen entsprechenden Hubweg im Hohlzylinder 15 verschoben, wodurch die für einen erneuten Schließvorgang des Flügels 12 nötige Energie von der Schließfeder 13 gespeichert wird und der Antrieb 10.1 seine Schließfunktion wieder ausüben kann.
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Die Antriebe 10, 10.1 können alternativ auch auf dem Rahmen der Tür angeordnet und die Lagerkonsole 25 bzw. die Gleitschiene 26 auf dem Flügel 12. Weiterhin ist eine modifizierte Anordnung als Bodentürschließer denkbar, wobei das Gehäuse 11 nahe der Scharnierachse des Flügels 12 in einem Zementkasten versenkt angeordnet und eine Anlenkung des Gestängehebels 23.1 beispielsweise in einer entlang der unteren Schmalseite des Flügels 12 angebrachten Gleitschiene vorgesehen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Antrieb
- 10.1
- Antrieb
- 11
- Gehäuse
- 12
- Flügel
- 13
- Schließfeder
- 14
- Kolben
- 15
- Hohlzylinder
- 16
- Rückschlagventil
- 17
- Einstellventil
- 18
- Kolbenstange
- 19
- Planetengetriebe
- 19.1
- Planetengetriebe
- 20
- Hohlrad
- 21
- Planetenrad (mittelgroß)
- 21.1
- Planetenrad (groß)
- 21.2
- Planetenrad (klein)
- 22
- Abtriebswelle
- 23
- Gestängehebel (kurz)
- 23.1
- Gestängehebel (Gleitarm)
- 24
- Gestängehebel (lang)
- 25
- Lagerkonsole
- 26
- Gleitschiene
- 27
- Gleiter
