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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Stelleinrichtung für eine Tür eines Fahrzeugs. Insbesondere handelt es sich um einen Türflügel eines Omnibusses. Weiterhin betrifft die Erfindung einen hydraulischen Stellantrieb für eine Tür eines Fahrzeugs.
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STAND DER TECHNIK
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Da herkömmliche Omnibusse üblicherweise ohnehin mit Druckluftanlagen, beispielsweise einer pneumatischen Bremsanlage und/oder einem Luftfederungssystem, ausgestattet sind, finden für einen Antrieb der Türen vorzugsweise pneumatische Stellantriebe Einsatz.
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DE 10 2006 031 477 B4 der Anmelderin offenbart einen pneumatischen Drehantrieb für schwenkbare Türflügel eines Omnibusses. In einem Gehäuse des Drehantriebs ist eine Spindel verdrehbar und begrenzt axial verschieblich gelagert. Die Spindel durchsetzt das Gehäuse, wobei ein freies, aus dem Gehäuse auskragendes Wellenende mit dem verschwenkbaren Türflügel gekoppelt ist. Der Drehantrieb besitzt eine Doppel-Kolben-Zylinder-Baueinheit, in welcher ein einziger Kolben auf beiden Stirnseiten entgegengesetzt wirkenden Druckkammern begrenzt. Der Kolben ist in dem Zylinder axial verschieblich, aber in Folge von zwei den Kolben durchsetzenden Führungsstangen drehfest geführt. Der Kolben ist durchsetzt von der Spindel. Die Spindel steht mit dem Kolben in Wirkverbindung über zwei gegenüber dem Kolben gelagerte und abgedichtete Rollen, welche an gegenüberliegenden Schraubengängen der Spindel abwälzen. Mit einer Verschiebung des Kolbens in Folge einer Veränderung der Druckbeaufschlagung der Druckkammern kann somit eine Drehbewegung der Spindel verursacht werden, welche zu einer Schwenkbewegung des zugeordneten Türflügels führt. In Folge des Eigengewichts des Türflügels erfolgt hierbei keine Axialbewegung der Spindel. In einer mit der Schließstellung des Türflügels korrelierenden Endlage des Kolbens erreichen die Rollen einen Auslaufbereich oder Anschlag der Schraubengänge. Eine weitere Druckbeaufschlagung der in Richtung dieser Endlage wirkenden Druckkammer führt somit nicht zu einer weiteren Relativbewegung zwischen Spindel und Kolben. Vielmehr hat diese weitere Druckbeaufschlagung eine gemeinsame Axialbewegung von Kolben und Spindel zur Folge, die dazu führt, dass in der Schließstellung des Türflügels der Türflügel angehoben wird. Mit dieser Bewegung des Türflügels vertikal nach oben können Verriegelungszapfen des Türflügels in entsprechende Aufnahmen des Türrahmens eintreten, womit der Türflügel verriegelt wird und beispielsweise während einer Fahrt nicht klappern und flattern kann. Eine entsprechende vertikale Hubbewegung tritt ein, wenn während der Schließbewegung des Türflügels die Bewegung des Türflügels behindert wird, beispielsweise durch eine den Türflügel blockierende Person. Wünschenswert ist eine Art ”Endlagendämpfung”, welche bewirken soll, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Türflügels mit Annäherung an die Endlagen verringert ist. Hierzu schlägt das Patent vor, den Zugangsquerschnitt der Druckluft zu den Druckkammern im Bereich der Endlagen zu verringern oder zu drosseln.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative, einfach zu realisierende, aber dennoch zuverlässig die Anforderungen an einen Antrieb für eine Tür eines Fahrzeugs gewährleistende Stelleinrichtung vorzuschlagen. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen modifizierten Stellantrieb für eine Tür eines Fahrzeugs vorzuschlagen.
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LÖSUNG
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Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung ergeben sich entsprechend den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 8. Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist gegeben durch einen Stellantrieb gemäß dem nebengeordneten Patentanspruch 9.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Zunächst löst sich die Erfindung von dem Vorurteil, dass ein Stellantrieb für eine Tür eines Fahrzeugs pneumatisch oder unter Umständen rein elektrisch ausgebildet sein muss. Vielmehr schlägt die Erfindung vor, die Stelleinrichtung für eine Tür des Fahrzeugs hydraulisch auszubilden. Während dies durchaus auch für beispielsweise Omnibusse mit einer Druckluftanlage der Fall sein kann, kann der Einsatz der erfindungsgemäßen hydraulischen Stelleinrichtung (auch) für beliebige andere Fahrzeuge wie ein Hybridfahrzeug oder einen Kleintransporter erfolgen, wobei dieses Fahrzeug nicht zwingend mit einer Druckluftanlage ausgestattet sein muss.
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Weiterhin beruht die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis, dass trotz anderweitiger Ausbildung der Stelleinrichtung durchaus von Vorteil ist, wenn die Tür mehrere Freiheitsgrade besitzt, nämlich beispielsweise einen Schwenk-Freiheitsgrad für die Bewegung der Tür zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung sowie einen Hub-Freiheitsgrad für das Überführen der Tür von einer Schließstellung in eine Verriegelungsstellung. Soll eine Betätigung dieser beiden Freiheitsgrade aber über einen elektrischen Antrieb erfolgen, der bspw. auf den ersten Blick einfach für ein Hybridfahrzeug einsetzbar wäre, würde dies erfordern, dass mehrere einen großen Bauraum erfordernde sowie hohe Kosten verursachende elektrische Antriebe für die unterschiedlichen Freiheitsgrade vorzusehen wären. Hinzu käme, dass aufwendige elektrisch zu betätigende Rast- und Verriegelungseinrichtungen vorzusehen wären, sofern nicht die elektrischen Antriebe ständig bestromt werden sollen, um eine Schließstellung oder Öffnungsstellung aufrecht zu erhalten, was die Energiebilanz des Fahrzeugs beispielsweise bei längerer Überlandfahrt beeinträchtigen würde.
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Erfindungsgemäß ist die hydraulische Stelleinrichtung mit drei hydraulisch wirkenden Kolben-Zylinder-Einheiten ausgestattet, nämlich
- – einer in Öffnungsrichtung der Tür wirkenden Kolben-Zylinder-Einheit,
- – einer in Schließrichtung der Tür wirkenden Kolben-Zylinder-Einheit sowie
- – einer in eine Hubrichtung der Tür wirkenden Kolben Zylinder-Einheit.
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Zur geeigneten Beaufschlagung der genannten Kolben-Zylinder-Einheiten ist mindestens eine Hydraulikpumpe vorgesehen. Mittels der Hydraulikpumpe kann einerseits die hydraulische Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Einheiten, die in Öffnungs- und Schließrichtung der Tür wirken, verändert werden, womit eine Bewegung der Tür in Öffnungs- und Schließrichtung veranlasst wenden kann. Andererseits ist eine oder die einzige Hydraulikpumpe verantwortlich für eine Veränderung der hydraulischen Beaufschlagung der Kolben Zylinder-Einheit, die in Hubrichtung der Tür wirkt, um eine Bewegung der Tür in Hubrichtung zu erzeugen. Für die Öffnungs- und Schließbewegung sowie die Ver- und Entriegelungsbewegung, also die Bewegung in Hubrichtung, muss die hydraulische Beaufschlagung der genannten Kolben-Zylinder-Einheiten lediglich geeignet gesteuert werden, so dass die genannten Bewegungen richtig miteinander korreliert sind. Eine derartige Steuerung kann durch Auslegung der hydraulischen Bauelemente und/oder durch aktive oder passive Maßnahmen erfolgen, wozu Steuereinrichtungen Einsatz finden können, welche bspw. hydraulische Ventilelemente ansteuern können.
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Während durchaus denkbar ist, dass zwei Hydraulikpumpen vorhanden sind, über welche die beiden in Öffnungsrichtung sowie Schließrichtung wirkenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten beaufschlagt werden, schlägt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen hydraulischen Stelleinrichtung vor, dass eine reversierbare Hydraulikpumpe eingesetzt ist, über welche die Kolben-Zylinder-Einheiten, die in der Öffnungs- und Schließrichtung der Tür wirken, beaufschlagt werden. Durch die reversierbare Hydraulikpumpe kann für eine erste Förderrichtung eine Druckkammer einer Kolben-Zylinder-Einheit mit weiterem Hydraulikmedium versorgt werden und/oder der Druck in der Druckkammer erhöht werden, während aus der anderen Kolben-Zylinder-Einheit Hydraulikfluid entfernt wird oder der Druck in dieser verringert wird. Mit Reversierung der Förderrichtung der Hydraulikpumpe können die genannten Veränderungen der Hydraulikverhältnisse umgekehrt werden. Im einfachsten Fall ist die reversierbare Hydraulikpumpe zwischen die beiden Druckkammern der Kolben-Zylinder-Einheiten zwischengeschaltet.
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Durchaus denkbar ist, dass neben dieser reversierbaren Hydraulikpumpe eine weitere Hydraulikpumpe Einsatz findet, die zuständig ist für die für die Hubbewegung verantwortliche Kolben-Zylinder-Einheit. Eine weitere Vereinfachung kann erzielt werden, wenn die reversierbare Hydraulikpumpe auch für die hydraulische Beaufschlagung dieser Kolben-Zylinder-Einheit zuständig ist, wozu die Hydraulikpumpe über geeignete hydraulische Bauelemente mit dieser Kolben-Zylinder-Einheit gekoppelt sein kann. Eine einzige reversierbare Hydraulikpumpe ist somit multifunktional und allein für sämtliche Kolben-Zylinder-Einheiten zuständig
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In weiterer Ausgestaltung dieses Lösungsgedankens ist mindestens eine der Kolben-Zylinder-Einheiten, die in Öffnungs- und Schließrichtung der Tür wirken, hydraulisch mit der Kolben-Zylinder-Einheit, die in Hubrichtung der Tür wirkt, gekoppelt. Die letztgenannte Kolben-Zylinder-Einheit wird allerdings erst betätigt, wenn die hydraulische Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Einheiten, die in Öffnungs- und Schließrichtung der Tür wirken, einen Zustand erreicht hat, welcher mit geschlossener Tür korreliert. Üblicherweise ist dieser Zustand vorgegeben durch ein Druckniveau und/oder ein Hydraulikvolumen in der Druckkammer der für die Schließrichtung verantwortlichen Kolben-Zylinder-Einheit mit dem Erreichen der Schließstellung, wobei dieses Druckniveau sowie das Hydraulikvolumen natürlich auch erreicht werden kann, wenn die Schließbewegung der Tür blockiert ist. Mit erreichen dieses Druckniveaus wird dann der Förderstrom für das Hydraulikfluid umgeschaltet von der Beaufschlagung der in Schließrichtung wirkenden Kolben-Zylinder-Einheit zu der in Hubrichtung wirkenden Kolben-Zylinder-Einheit oder der zusätzliche Fluss des Hydraulikfluids auch zu der in Hubrichtung wirkenden Kolben-Zylinder-Einheit ermöglicht. Es versteht sich, dass neben einer derartigen Steuerung durch das Fördervolumen des Hydraulikfluids oder den Druck des Hydraulikfluids auch jedwede anderweitige Steuerung Einsatz finden kann. Beispielsweise kann bewegungsgesteuert durch die Bewegung der für die Schließrichtung verantwortlichen Kolben-Zylinder-Einheit, einer Antriebswelle oder der Tür selbst eine hydraulische Leitung von einer hydraulischen Druckmittelquelle zu der für die Hubrichtung verantwortlichen Kolben-Zylinder-Einheit freigegeben werden.
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Grundsätzlich möglich ist, dass für das Halten der Tür in ausgewählten Betriebsstellungen, beispielsweise in der Öffnungsstellung und/oder der Schließstellung, der hydraulische Druck in mindestens einer Kolben-Zylinder-Einheit durch geeigneten Betrieb mindestens einer Hydraulikpumpe aufrecht erhalten bleibt. Ebenfalls denkbar ist, dass in einer der Kolben-Zylinder-Einheit vorgeordneten Ventileinheit mit Erreichen der Schließstellung eine Sperrstellung herbeigeführt wird, was durch Bewegungssteuerung, elektrische Steuerung oder hydraulische Steuerung, dieses Ventils erfolgen kann. In der Sperrstellung wird ein vorhandener Hydraulikzustand in der Kolben-Zylinder-Einheit ”eingefroren”. Entsprechendes gilt für die Sicherung der Tür in der angehobenen Stellung, in welcher die Verriegelungsbolzen der Tür eintreten in Verriegelungsausnehmungen des Türrahmens. Ist die für die Hubrichtung verantwortliche Kolben-Zylinder-Einheit wie zuvor erwähnt ”eingefroren”, ist die Schließstellung auch unabhängig davon gesichert, welche Hydraulikverhältnisse in den für die Öffnungsrichtung sowie Schließrichtung wirkenden Kolben-Zylinder-Einheiten vorliegen.
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Für eine besonders einfache Ausgestaltung der Erfindung ist der hydraulische Druck, der in der Kolben-Zylinder-Einheit vorherrscht, die in Hubrichtung der Tür wirkt, über ein Rückschlagventil gesichert. Dieses Rückschlagventil kann bei unter Umständen einfacher konstruktiver Ausbildung zuverlässig und dauerhaft die angehobene Stellung der Tür, also die Verriegelungsstellung, gewährleisten.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Rückschlagventil manuell in eine Öffnungsstellung überführbar sein. Dies kann beispielsweise dann genutzt werden, wenn auch ohne Betrieb einer Hydraulikpumpe in einer Art ”Notbetrieb” die Tür geöffnet werden soll. In diesem Fall wird das Rückschlagventil manuell in seine Öffnungsstellung verbracht. Bei geeigneter Ausrichtung der für die Hubrichtung verantwortliche Kolben-Zylinder-Einheit kann bereits in Folge des Eigengewichts der Tür Hydraulikmedium durch das Rückschlagventil ”gedrückt” werden und beispielsweise einem Tank zugeführt werden. Damit bewegt sich die Tür mehr oder weniger langsam, insbesondere je nach Eigengewicht und Drosselverhältnissen, nach unten und aus der Verriegelungsstellung in die Schließstellung. Bei entsprechender Ausgestaltung der weiteren Kolben-Zylinder-Einheiten sowie der weiteren Hydraulikverbindungen, die für die Öffnungs- und Schließrichtung zuständig sind, kann hieran anschließend auch die Tür von der Schließstellung in Öffnungsrichtung manuell verschwenkt werden.
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Für einen weiteren Vorschlag der Erfindung kann das Rückschlagventil nach Maßgabe eines hydraulischen Steuerdrucks in eine Öffnungsstellung überführt werden. Hierbei kann der hydraulische Steuerdruck beispielsweise von einer elektronischen Steuereinrichtung geeignet gesteuert werden, nämlich dann, wenn eine Entriegelung der Tür gewünscht ist. Eine besonders einfache Ausgestaltung dieses Gedankens ergibt sich alleridngs, wenn eine hydraulische Steuereinleitung für den hydraulischen Steuerdruck des Rückschlagventils mit der in Öffnungsrichtung der Tür wirkenden Kolben-Zylinder-Einheit hydraulisch verbunden ist. Dies hat zur Folge, dass automatisiert ohne weitere zusätzliche Steuereinheiten mit der hydraulischen Beaufschlagung der in Öffnungsrichtung wirkenden Kolben-Zylinder-Einheit gleichzeitig das Rückschlagventil in seine Öffnungsstellung überführt werden kann mit hiermit einhergehender Bewegung der Tür von der Verriegelungsstellung in die Schließstellung, woran anschließend dann die in Öffnungsrichtung wirkende Kolben-Zylinder-Einheit die eigentliche Öffnungsbewegung durchführen kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die in Öffnungs- und Schließrichtung wirkenden Kolben-Zylinder-Einheiten nicht separat voneinander ausgebildet mit unter Umständen separaten Kolben, separaten Stößeln und mechanischen Verbindungen zu der Tür. Vielmehr findet eine Doppel-Kolben-Zylinder-Baueinheit Einsatz, bei welcher u. U. ein einziger Kolben in Öffnungs- und Schließrichtung bewegt werden kann mit Ankopplung lediglich eines Stößels an die Tür zur Übertragung sowohl der Öffnungs- als auch der Schließbewegung. Eine derartige Doppel-Kolben-Zylinder-Baueinheit reduziert den Bauraum sowie die Kosten. Möglich ist auch, dass zwei Kolben vorgesehen sind, die aber starr miteinander in einer Doppel-Kolben-Zylinder-Baueinheit gekoppelt sind
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Der Kolben einer derartigen Doppel-Kolben-Zylinder-Baueinheit kann mit einer verschieblichen Zahnstange gekoppelt sein. Diese kämmt in weiterer Ausgestaltung der Erfindung mit einem Zahnrad. Das Zahnrad ist wiederum mit einer Antriebswelle gekoppelt. Die Kopplung ist hierbei derart, dass die Drehbewegung des Zahnrads auf die Antriebswelle übertragen wird. Neben der Doppel-Kolben-Zylinder-Baueinheit ist auch die in Hubrichtung der Tür wirkende Kolben-Zylinder-Einheit mit der Antriebswelle gekoppelt, um eine Axialbewegung der Antriebswelle zu erzeugen. Für diese Ausführungsform kann ein axialer Freiheitsgrad zwischen Zahnstange und Zahnrad trotzt der genannten kämmenden Bewegung vorgesehen sein. Ebenfalls möglich ist, dass das Zahnrad axial verschieblich, aber rotationsfest mit der Antriebswelle gekoppelt ist, beispielsweise über eine Wellen-Naben-Keilverbindung.
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Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe setzt eine zuvor beschriebene hydraulische Stelleinrichtung ein in einem hydraulischen Stellantrieb für eine Tür eines Fahrzeugs. Hierbei ist die hydraulische Stelleinrichtung als geschlossenes System ausgebildet und in eine Gehäuse des Stellantriebs integriert. Damit bildet der hydraulische Stellantrieb eine Art autarke Einheit. Diese kann als separate Baueinheit hergestellt, vormontiert und, beispielsweise als Zulieferteil, geliefert werden. Möglich ist, dass der hydraulische Stellantrieb wahlweise zu einem pneumatischen Stellantrieb, beispielsweise entsprechend
DE 10 2006 1131 477 B4 eingesetzt wird, wobei der hydraulische Stellantrieb als Koppelelement für die Tür einen Wellenzapfen der Antriebswelle besitzen kann, der entsprechend einem Wellenzapfen eines pneumatischen Drehantriebs gemäß
DE 10 2006 031 477 B4 ausgebildet ist. Hierdurch kann dem Hersteller des Fahrzeugs die Option eingeräumt werden, zwischen einem hydraulischen Stellantrieb sowie einem pneumatischen Stellantrieb zu wählen, wobei dieselbe Kopplung zwischen Bus und Türflügel ohne weitere fahrzeugseitige Anpassungen eingesetzt werden kann.
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Der hydraulische Stellantrieb kann einerseits, wie bereits erläutert, eine Schnittstelle zu der Tür in Form des aus dem Stellantrieb auskragenden Endbereichs der Antriebswelle besitzen. Weiterhin möglich ist dass der Stellantrieb eine Schnittstelle für eine manuelle Betätigung, beispielsweise die Überführung des Rückschlagventils in die Öffnungsstellung, besitzt, um auch, beispielsweise bei Ausfall einer Hydraulikpumpe, eine manuelle Betätigung des Stellantriebs zu ermöglichen. Möglich ist weiterhin, dass der Stellantrieb eine Schnittstelle besitzt, über welche eine Hydraulikpumpe mit einem geeigneten Antrieb gekoppelt ist. Beispielsweise kann es sich um einen elektrischen Antrieb handeln. Hierbei ist es durchaus möglich, dass die Antriebsbewegung über eine geeignete Kupplung einer Antriebswelle zugeführt wird, welche aus dem Gehäuse des Stellantriebs herausgeführt ist. Durchaus denkbar ist aber auch, dass ein derartiger Antrieb in den Stellantrieb selber integriert ist, so dass der Stellantrieb lediglich eine Schnittstelle zur Steuerung sowie elektrische Leistungsversorgung dieses Antriebs besitzt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
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1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße hydraulische Stelleinrichtung bzw. einen hydraulischen Stellantrieb.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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1 zeigt einen Stellantrieb 1 mit einer hydraulischen Stelleinrichtung 2, über welche eine Antriebswelle 3 gesteuert oder geregelt in eine Hubrichtung 4, eine Öffnungsrichtung 6 sowie eine Schließrichtung 5 bewegt werden soll. Die Antriebswelle 3 ist drehfest verbunden mit einem Zahnrad 7, welches mit einer Zahnstange 8 kämmt. Die Antriebswelle 3 besitzt sowohl einen rotatorischen Freiheitsgrad zur Ermöglichung der Bewegung in Öffnungsrichtung 6 und Schließrichtung 5 als auch zur Ermöglichung der Bewegung in Hubrichtung 4. In dem außenliegenden Endbereich ist die Antriebswelle 3 gekoppelt mit der in 1 nicht dargestellten Tür, so dass die Bewegungen in Hubrichtung 4 sowie Öffnungs- und Schließrichtung 6, 5 von der Antriebswelle 3 auf die Tür übertragbar sind. Hierbei sind folgende Betriebsstellungen der Tür und damit der Antriebswelle 3 möglich:
- – In einer Öffnungsstellung sind Tür und Antriebswelle 3 maximal in Öffnungsrichtung 5 bewegt.
- – Für maximale Verschwenkung der Antriebswelle 3 und der Tür in Schließrichtung 6, aber ohne Bewegung in Hubrichtung 4, ist eine Schließstellung erreicht. Diese kann vorgegeben sein durch einen Anschlag, für welchen die Tür geringfügig beabstandet von einem Türrahmen gehalten wird. Ebenfalls möglich ist, dass die Schließstellung erreicht wird, indem die Tür zur Anlage an einen Türnahmen kommt.
- – Ohne Schwenkbewegung der Antriebswelle 3 gelangen die Antriebswelle 3 und die Tür durch eine Bewegung in Hubrichtung 4 aus der Schließstellung in die Verriegelungsstellung, in welcher einerseits die Tür geschlossen ist und andererseits eine Verriegelungseinrichtung wirksam ist.
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Zur Herbeiführung der erläuterten Stellungen sowie Bewegungen besitzt die hydraulische Stelleinrichtung 2 eine Kolben-Zylinder-Einheit 9 mit einer Druckkammer 10, über welche die Zahnstange 8 in 1 nach rechts bewegt werden kann, was mit einer Bewegung der Antriebswelle 3 in Öffnungsrichtung 6 verbunden ist. Entsprechend ist eine Kolben-Zylinder Einheit 11 mit Druckkammer 12 vorgesehen, wobei mit hydraulischer Beaufschlagung der Druckkammer 12 die Zahnstange 8 nach links bewegt wird, was mit einer Bewegung der Antriebswelle 3 in Schließrichtung 5 einhergeht. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel bilden die Kolben-Zylinder-Einheiten 9, 11 eine Doppel-Kolben-Zylinder-Baueinheit 13, bei welcher die jeweiligen Kolben, unter Umständen einstückig, starr miteinander gekoppelt sind, was für das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel unter Zwischenschaltung der Zahnstange 8 erfolgt.
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Weiterhin besitzt die hydraulische Stelleinrichtung 2 eine Kolben-Zylinder-Einheit 14 mit Druckkammer 15. Die Kolben-Zylinder-Einheit 14 wirkt entlang der Längsachse der Antriebswelle 3 in Hubrichtung 4. Der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit 14 ist hierzu starr mit der Antriebswelle 3 gekoppelt und insbesondere von deren Endbereich ausgebildet. Für eine Bewegung der Antriebswelle 3 in Hubrichtung 4 kann das Zahnrad 7 eine in 1 vertikale Gleitbewegung gegenüber der Verzahnung der Zahnstange 8 ausführen. Ebenfalls möglich ist, dass das Zahnrad 7 über eine Art Keilverbindung mit axialem Freiheitsgrad aber drehfest mit der Antriebswelle 3 gekoppelt ist. Möglich ist, dass der Antriebswelle 3 oder der Tür ein Sensor 16 zugeordnet ist, über welchen erkannt wenden kann, ob die Schließstellung oder die Verriegelungsstellung erreicht ist. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel ist der Sensor 16 in die Druckkammer 15 der Kolben-Zylinder-Einheit integriert.
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Die hydraulische Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Einheiten 9, 11, 14 erfolgt über einen Hydraulikkreis 17 wie folgt:
Über ein für das dargestellte Ausführungsbeispiel externes Antriebsaggregat 18, beispielsweise einen Elektromotor wird über eine ein Gehäuse 19 durchsetzende Antriebswelle 2, ggf. mit Kupplung, eine Hydraulikpumpe 21 angetrieben. Die Hydraulikpumpe 21 ist wie dargestellt zwischen die Druckkammern 10, 12 der Kolben-Zylinder-Einheilen 9, 11 zwischengeschaltet, so dass je nach Antriebsrichtung Hydraulikfluid von der Druckkammer 10 zu der Druckkammer 12 und umgekehrt gefördert werden kann. In die Druckkammerleitungen 22, 23 münden jeweils Nachführleitungen 24, 25 ein, in welchen jeweils Rückschlagventile 26, 27 angeordnet sind, die für ein Druckgefälle mit einer Bewegung von Hydraulikfluid in Richtung der Druckkammerleitungen 22, 23 öffnen und für ein entgegengesetzt gerichtetes Druckgefälle sperren. Die Nachführleitungen 24, 25 sind mit einem Tank 28 für das Hydraulikfluid, der hier von einem Sumpf 29 des Gehäuses 19 gebildet ist, verbunden. Handelt es sich bei einer Druckkammerleitung 22, 23 je nach Antriebsrichtung der Hydraulikpumpe 21 um eine Saugleitung, kann über die Nachführleitungen 24, 25 Hydraulikfluid nachgeführt werden, welches beispielsweise in Folge einer Leckage aus dem an sich geschlossenen System, welches mit den Druckkammern 10, 12, den Druckkammerleitungen 22, 23 sowie der Hydraulikpumpe 21 gebildet ist, entwichen ist.
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Von der zu der Druckkammer 12 der Kolben-Zylinder-Einheit 11 führenden Druckkammerleitung 23 zweigt eine Druckkammerleitung 30 ab, die mit der Druckkammer 15 der Kolben-Zylinder-Einheit 14 verbunden ist. In der Druckkammerleitung 30 ist ein Rückschlagventil 31 angeordnet, welches einen Fluss von Hydraulikfluid von der Druckkammerleitung 23 in Richtung der Druckkammer 15 ermöglicht, aber einen umgekehrten Fluss des Hydraulikfluids sperrt.
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Weiterhin ist mit der Druckkammer 15 eine Auslassleitung 32 verbunden, welche in den Tank 28 einmündet. In die Auslassleitung 32 ist ein Rückschlagventil 33 integriert, welches normalerweise in Richtung des Tanks 28 sperrt. Allerdings kann das Rückschlagventil 33 über ein manuelles Betätigungsorgan 34 entsperrt, also in eine Öffnungs- oder Durchlassstellung verbracht werden. Zusätzlich ist das Rückschlagventil 33 entsperrbar über einen hydraulischen Steuerdruck, welcher dem Rückschlagventil 33 über eine hydraulische Steuerleitung 34 zugeführt wird, die in 1 gestrichelt dargestellt ist. Die Steuerleitung 34 zweigt von der Druckkammerleitung 22 ab.
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Die Funktionsweise des hydraulischen Stellantriebs 1 ist wie folgt:
In der Schließstellung ist gemäß 1 die Kolben-Zylinder-Einheit 11 maximal ausgefahren, womit die Zahnstange 8 maximal nach links bewegt ist. Weiterhin ist in der Verriegelungsstellung die Kolben-Zylinder-Einheit 14 maximal ausgefahren, so dass die Antriebswelle 3 maximal in Hubrichtung 4 axial bewegt ist. Soll ausgehend von dieser Verriegelungsstellung die Tür geöffnet werden, erfolgt dies wie folgt:
Der Antrieb 18 wird derart angetrieben, dass die Pumpe 21 Hydraulikfluid von der Druckkammer 12 sowie der Druckkammerleitung 23, ggf. unter Ergänzung von Hydraulikfluid aus dem Tank 28 über die Nachführleitung 24, der Druckkammerleitung 22 und dem Druckraum 10 zuführt. Da sich die Tür allerdings noch in der Verriegelungsstellung befindet, kann trotz des ansteigenden Druckes keine Schwenkbewegung der Tür und der Antriebswelle 3 herbeigeführt werden. Der resultierende Druckanstieg in der Druckkammerleitung 22 hat zur Folge, dass auch der Steuerdruck in der Steuerleitung 35 ansteigt, bis das Rückschlagventil 33 seine Öffnungsstellung einnimmt. In Folge des Eigengewichts der Tür wird die Antriebswelle 3 entgegen der Hubrichtung 4 nach unten gedrückt, was zur Folge hat, dass der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit 14 Hydraulikfluid aus der Druckkammer 15 über das geöffnete Rückschlagventil 33 und die Auslassleitung 32 in den Tank 28 presst. Die Tür gelangt somit mehr oder weniger schnell mit der Antriebswelle 3 aus der Verriegelungsstellung in die Schließstellung. Ist diese erreicht kann der Druckanstieg in der Druckkammer 10 dazu genutzt werden, die Zahnstange 8 in 1 nach rechts zu bewegen mit damit einhergehender Öffnungsbewegung.
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Soll die Tür hingegen in Schließrichtung 5 bewegt werden, wird über den Antrieb 18 die Hydraulikpumpe 21 derart angetrieben, dass diese Hydraulikfluid aus der Druckkammer 10 und der Druckkammerleitung 22 sowie, sofern dieses erforderlich ist, zusätzliches Hydraulikfluid aus dem Tank 29 über die Nachführleitung 25, der Druckkammerleitung 23 sowie dem Druckraum 12 zuführt, womit sich die Zahnstange nach links bewegt, was mit Verschwenkung der Antriebswelle 3, des Zahnrads 7 sowie der Tür in Schließrichtung 5 einhergeht. Das Rückschlagventil 31 besitzt eine Auslegung derart, dass dieses erst öffnet, wenn ein Schwellwert des Drucks in der Druckkammerleitung 23 bzw. der Druckkammerleitung 30 überschritten wird. Das Rückschlagventil 31 bildet somit eine Art Überströmventil, welches erst mit Erreichen eines Mindestdruckes, der dem Druckniveau mit dem Erreichen der Schließstellung übereinstimmt oder größer ist als dieses, eine Öffnungsstellung einnimmt. Das Überschreiten des Mindestdruckes ist für die Bewegung in Schließrichtung 5 vor dem Erreichen der Schließstellung nicht der Fall. Erreicht die Tür mit Antriebswelle, Zahnrad und Zahnstange 8 die Schließstellung, die in 1 dargestellt ist, kann auch bei weiterer Druckerhöhung in der Druckkammer 12 die Zahnstange nicht weiter nach links verschoben werden, womit die Tür ihre Schwenk-Endlage erreicht hat. Eine sukzessive Druckerhöhung in der Druckkammerleitung 23 führt aber dazu, dass zeitgleich mit dem Erreichen der Schließstellung oder zeitlich verzögert das Rückschlagventil 31 geöffnet wird, wenn der erforderliche Schwellwert des Drucks überschritten wird. Dies hat zur Folge, dass der Druck in der Druckkammer 15 der Kolben-Zylinder-Einheit 14 ansteigt und der Kolben mit der Antriebswelle 3 angehoben wird in Hubrichtung 4, womit die Tür von der Schließstellung in die Verriegelungsstellung gelangen kann. Eine entsprechende Bewegung in Hubrichtung erfolgt, wenn vor dem Erreichen der Schließstellung die Tür blockiert wird und mit dieser Blockade in der Druckkammerleitung 30 der Druck so weit ansteigt, dass das Rückschlagventil 31 seine Öffnungsstellung einnimmt.
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Für das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiele ist die hydraulische Stelleinrichtung in das Gehäuse 19 integriert, so dass der Stellantrieb 1 eine Baueinheit bildet mit aus dieser auskragender Antriebswelle 3, Antriebswelle 20 sowie Betätigungsorgan 34. Vorzugsweise handelt es sich bei der Hydraulikpumpe 21 um eine Zahnradpumpe. Möglich ist, das Zahnrad 7 und Zahnstange 8 in einem Innenraum des Gehäuses 19 angeordnet sind, dessen Sumpf 29 als Tank 28 für das Hydraulikfluid dient, wobei das Hydraulikfluid dann gleichzeitig als Schmierung für Zahnrad 7 und Zahnstange 8 genutzt werden kann. Möglich ist dass, unter Umständen neben der mechanischen Ansteuerung durch das Betätigungsorgan 34, ausschließlich eine elektrische Ansteuerung über die elektrische Ansteuerung des Antriebsaggregates 18 erfolgt mit interner Umwandlung in die geeigneten hydraulischen Drücke. Vorzugsweise findet die Erfindung Einsatz für Hybridfahrzeuge, die nicht mit einem Druckluftsystem ausgestattet sind. Ebenfalls denkbar ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Stellantriebs 1 bzw. der Stelleinrichtung 2 für ein Kleinbussystem, welches nicht mit einem Pneumatiksystem ausgestattet ist. Weiterhin möglich ist der Einsatz für Zugsysteme, Straßenbahnsysteme und ähnliches. Möglich ist auch, dass ein einziger Stellantrieb 1 verantwortlich ist für das Schließen einer Doppeltür mit zwei Türflügeln, wobei die beiden Türflügel mechanisch miteinander gekoppelt sind. Ebenfalls möglich ist, dass eine Ansteuerung mehrerer Türflügel einer derartigen Doppeltür oder mehrerer Doppeltüren über separate verzweigende Druckkammerleitungen 22a, 22b, ... und 23a, 23b, ... erfolgt, was den Vorteil hat, dass eine Notöffnung für beide Türflügel separat ausgeführt werden kann und/oder ein Türflügel blockiert werden kann, während dennoch eine Bewegung des mindestens einen weiteren Türflügels möglich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stellantrieb
- 2
- Stelleinrichtung
- 3
- Antriebswelle
- 4
- Hubrichtung
- 5
- Schließrichtung
- 6
- Öffnungsrichtung
- 7
- Zahnrad
- 8
- Zahnstange
- 9
- Kolben-Zylinder-Einheit (Öffnungsrichtung)
- 10
- Druckkammer
- 11
- Kolben-Zylinder-Einheit (Schließrichtung)
- 12
- Druckkammer
- 13
- Doppel-Kolben-Zylinder-Baueinheit
- 14
- Kolben-Zylinder-Einheit (Hubrichtung)
- 15
- Druckkammer
- 16
- Sensor
- 17
- Hydraulikkreis
- 18
- Antriebsaggregat
- 19
- Gehäuse
- 20
- Antriebswelle
- 21
- Hydraulikpumpe
- 22
- Druckkammerleitung
- 23
- Druckkammerleitung
- 24
- Nachführleitung
- 25
- Nachführleitung
- 26
- Rückschlagventil
- 27
- Rückschlagventil
- 28
- Tank
- 29
- Sumpf
- 30
- Druckkammerleitung
- 31
- Rückschlagventil
- 32
- Auslassleitung
- 33
- Rückschlagventil
- 34
- Betätigungsorgan
- 35
- Steuerleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006031477 B4 [0003, 0019]
- DE 1020061131477 B4 [0019]
