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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Flügelelement, insbesondere eine Tür, eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Antriebseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 6.
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Derartige Antriebseinrichtungen sind insbesondere bei Omnibussen weit verbreitet und dienen hierbei zum Bewegen eines Flügelelements in Form einer Seitentür zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung. Eine solche Antriebseinrichtung kann jedoch auch zum Bewegen anderweitiger Flügelelemente wie beispielsweise Klappen von Unterflur-Verstauräumen von Omnibussen oder dergleichen verwendet werden.
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Die Antriebseinrichtung umfasst eine Zylindereinrichtung, deren zwei Arbeitskammern teilweise durch eine Kolbeneinrichtung begrenzt sind. Die Kolbeneinrichtung ist dabei zum Bewegen des Flügelelements mit einem den jeweiligen Arbeitskammern zuzuführenden Gas beaufschlagbar und dadurch relativ zu der Zylindereinrichtung translatorisch bewegbar. Bei dem Gas handelt es sich üblicherweise um Luft beziehungsweise um Druckluft, so dass die Tür (Flügelelement) mittels der Antriebseinrichtung pneumatisch bewegt wird.
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Zum Bewegen der Tür beispielsweise aus der Schließstellung in die Offenstellung wird eine der Kammern mit dem Gas bzw. Luft mittels einer Fördereinrichtung befüllt, während die andere Arbeitskammer, die beispielsweise fluidisch mit der Umgebung verbunden ist, entlüftet wird. Hierzu umfasst die Fördereinrichtung beispielsweise wenigstens eine Pumpe. Alternativ oder zusätzlich kann die Fördereinrichtung wenigstens einen Tank umfassen, in welchem das Gas unter Druck gespeichert ist. Durch Herstellen einer fluidischen Verbindung zwischen dem Tank und der einen Arbeitskammer strömt das unter Druck stehende Gas von dem Tank in die eine Arbeitskammer.
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Um die Tür sicher in der Offenstellung zu halten, wird in der einen Arbeitskammer ein Druck eingestellt, welcher größer als der Druck in der anderen Arbeitskammer ist, wobei es sich bei dem Druck in der anderen Arbeitskammer beispielsweise um Atmosphärendruck handelt. Dies kann auch auf die Schließstellung beziehungsweise auf die Bewegung der Tür aus der Offenstellung in die Schließstellung übertragen werden. Um dann die Tür wieder aus der Offenstellung in die Schließstellung zu bewegen, wird die eine Arbeitskammer, in der noch der sehr hohe Druck herrscht, derart entlüftet, dass das Gas an die Umgebung abgelassen und dadurch entspannt wird, indem die eine Arbeitskammer mit der Umgebung fluidisch verbunden wird. Ferner wird der anderen Arbeitskammer, welche nun zur Umgebung fluidisch versperrt ist, mit Gas befüllt, so dass der zuvor geschilderte Vorgang wiederholt wird, wobei nun die Tür aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegt wird.
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Es hat sich gezeigt, dass bei einer solchen herkömmliche Antriebseinrichtung beziehungsweise einem herkömmlichen Verfahren ein relativ großer Energieaufwand zum Bewegen des Flügelelements erforderlich ist.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebseinrichtung sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen das Flügelelement auf besonders effiziente Weise bewegbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Antriebseinrichtung zum Bewegen eines Flügelelements, insbesondere einer Tür oder einer Klappe eines Kraftwagens, zu schaffen, mittels welcher das Flügelelement besonders effizient bewegbar ist, ist erfindungsgemäß wenigstens eine mit den Arbeitskammern fluidisch verbundene Kurzschlussleitung vorgesehen, über welche zum Bewegen des Flügelelement das in einer der Arbeitskammern aufgenommene und unter Druck stehende Gas zumindest teilweise aus der einen Arbeitskammer abführbar und der anderen Arbeitskammer zuführbar ist. Mittels dieser Kurzschlussleitung ist es somit möglich, das in der einen Kammer beispielsweise in der Offenstellung oder in der Schließstellung des Flügelelements unter Druck aufgenommene Gas zumindest teilweise zu nutzen, um das Flügelelement aus der Offenstellung in die oder in Richtung der Schließstellung beziehungsweise aus der Schließstellung in die oder in Richtung der Offenstellung zu bewegen. Da das in der einen Kammer unter Druck stehende und aufgenommene Gas über die Kurzschlussleitung der anderen Arbeitskammer zumindest zum Teil zugeführt werden kann, muss zumindest dieser Teil des Gases nicht an die Umgebung der Antriebseinrichtung ungenutzt abgegeben werden. Ein aus dieser ungenutzten Abgabe resultierender Energieverlust kann somit vermieden werden. Umgekehrt kann der Energieaufwand zum Befüllen der anderen Arbeitskammer mit Gas aus einer von der einen Arbeitskammer unterschiedlichen Quelle besonders gering gehalten werden, da die andere Arbeitskammer bereits zumindest zum Teil mit Gas aus der einen Arbeitskammer gefüllt ist.
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Bei der genannten, von der einen Arbeitskammer und der anderen Arbeitskammer unterschiedlichen Quelle kann es sich um die Umgebung der Antriebseinrichtung und/oder um einen von den Arbeitskammern unterschiedlichen und zusätzlich dazu vorgesehenen Tank handeln, in welchem das Gas insbesondere unter Druck gespeichert ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ist es möglich, herkömmlicher Weise ungenutzte Abluft, welche aus der einen Arbeitskammer an die Umgebung abgelassen wird, zu nutzen und zu der anderen Kammer rückzuführen. In Folge dieser Abluftrückführung können ein Gasverbrauch beziehungsweise ein Druckluftverbrauch und somit ein Aufwand zum Fördern des Gases beziehungsweise der Luft besonders gering gehalten werden.
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Untersuchungen haben gezeigt, dass mittels der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung gegenüber herkömmlichen Antriebseinrichtungen Energieeinsparungen von circa 25 Prozent realisierbar sind. Bei einem Kraftwagen wie beispielsweise einem Omnibus mit vier Türen können diese Türen mit einem Energieaufwand bewegt werden, welcher bei herkömmlichen Antriebseinrichtungen für das Bewegen von drei Türen erforderlich wäre. Da der Energieaufwand zum Fördern beziehungsweise Nachfordern von Gas beziehungsweise Druckluft in die jeweilige Arbeitskammer gering gehalten werden kann, lässt sich auch eine Kraftstoffverbrauchs- sowie CO2-Emissionsreduzierung beispielsweise bei Kraftwagen mit Verbrennungsmotoren realisieren.
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Bei dem Gas zum Bewegen des Flügelelements handelt es sich vorzugsweise um Luft, so dass die Antriebseinrichtung als pneumatische Antriebseinrichtung ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich eine einfache, kostengünstige sowie umweltfreundliche Bewegung des Flügelelements realisieren.
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Die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung genannten Vorteile gelten in ebensolcher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer solchen Antriebseinrichtung.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine schematische Darstellung eines Schaltplans einer Antriebseinrichtung zum Bewegen eines Flügelelements in Form einer Seitentür eines Omnibusses, welche zwei Arbeitskammern und eine mit den Arbeitskammern fluidisch verbundene Kurzschlussleitung aufweist, über welche zum Bewegen der Seitentür in einer der Arbeitskammern aufgenommenes und unter Druck stehendes Gas in Form von Luft zumindest teilweise aus der einen Arbeitskammer abführbar und der anderen Arbeitskammer zuführbar ist; und
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2 zeitliche Verläufe zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben der Antriebseinrichtung.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Schaltplan einer Antriebseinrichtung 10 für ein zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung bewegbares Flügelelement in Form einer Seitentür eines Omnibusses. Die Antriebseinrichtung 10 ist dabei als pneumatische Antriebseinrichtung ausgebildet, da sie als Arbeitsmedium zum Bewegen der Seitentür zwischen der Schließstellung und der Offenstellung Gas in Form von Luft nutzt. Hierzu umfasst die Antriebseinrichtung eine Zylindereinrichtung 12 mit einem Zylinderelement 14 sowie eine Kolbeneinrichtung 16 mit einem doppelwirkenden Kolben 18, welcher in dem Zylinderelement 14 gemäß einem Doppelpfeil 20 relativ zu diesem translatorisch bewegbar beziehungsweise verschiebbar aufgenommen ist. Die Kolbeneinrichtung 16 umfasst auch eine mit dem Kolben 18 verbundene Kolbenstange 22, welche aus dem Zylinderelement 14 an die Umgebung 24 des Zylinderelements 14 und der Antriebseinrichtung 10 herausgeführt ist. Über die Kolbenstange 22 ist die Seitentür mit dem Kolben 18 gekoppelt, so dass die Seitentür durch Bewegen des Kolbens 18 relativ zum Zylinderelement 14 bewegbar ist.
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Durch das Zylinderelement 14 und den Kolben 18 ist eine erste Arbeitskammer 26 der Antriebseinrichtung 10 begrenzt. Ferner ist durch das Zylinderelement 14 und den Kolben 18 eine der ersten Arbeitskammer gegenüberliegende, zweite Arbeitskammer 28 der Antriebseinrichtung 10 begrenzt.
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Die Seitentür befindet sich nun beispielsweise in ihrer Offenstellung. Um die Seitentür aus ihrer Offenstellung in ihre Schließstellung zu bewegen, wird Luft insbesondere in Form Druckluft beispielsweise aus einem in 1 nicht dargestellten Tank der Antriebseinrichtung in die erste Arbeitskammer 26 gefördert. Dadurch wird der Kolben 18 mit der Druckluft beaufschlagt und in der Folge relativ zum Zylinderelement 14 translatorisch und bezogen auf die Bildebene von 1 von rechts nach links bewegt. Hierbei wird die zweite Arbeitskammer 28 vorzugsweise entlüftet, so dass der Aufwand zum Fördern der Luft in die erste Arbeitskammer 26 gering gehalten werden kann. Das zuvor und im Folgenden zur Offenstellung sowie zur Bewegung der Seitentür aus der Offenstellung in die Schließstellung Geschilderte gilt auch für die Schließstellung sowie die Bewegung der Seitentür aus der Schließstellung in die Offenstellung, wobei dazu Gas in die zweite Arbeitskammer 28 gefördert wird, um den Kolben 18 bezogen auf die Bildebene von 1 von links nach rechts zu bewegen.
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Um die Seitentür besonders fest und stabil in ihrer Offenstellung zu halten, wird in der zweiten Arbeitskammer 28 ein gegenüber der Umgebung 24 und der ersten Arbeitskammer 26 wesentlich höherer Druck eingestellt und beibehalten. In der Offenstellung herrschen in der zweiten Arbeitskammer 28 beispielsweise 8,5 bar, während in der ersten Arbeitskammer 26 Atmosphärendruck von 1 bar herrscht.
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Um den jeweiligen Arbeitskammern 26, 28 die Luft zuzuführen sowie Luft aus den jeweiligen Arbeitskammern 26, 28 abzuführen, sind jeweilige Leitungselemente 30, 32 sowie entsprechende Ventilelemente 34, 36, 38 vorgesehen. Bei dem Ventilelement 34 handelt es sich beispielsweise um ein 5/3-Wegeventil, wobei es sich bei den Ventilelementen 36, 38 jeweils um ein Drossel-Rückschlagventil mit einem einstellbaren, von der Luft durchströmbaren Querschnitt handeln kann. Durch das jeweilige Drossel-Rückschlagventil ist ein unerwünschtes Rückströmen der Luft aus der jeweiligen Arbeitskammer 26, 28 in das jeweilige Leitungselement 30, 32 verhindert.
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Üblicherweise wird die unter Druck stehende Luft aus der zweiten Arbeitskammer 28 ungenutzt durch fluidisches Verbinden der zweiten Arbeitskammer 28 mit der Umgebung 24 abgelassen, wenn die Seitentür aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegt werden soll. Somit geht Energie, welche in der in der zweiten Arbeitskammer 28 aufgenommenen Druckluft enthalten ist, ungenutzt verloren. Ferner ist ein relativ hoher Aufwand, insbesondere Energieaufwand erforderlich, um der ersten Arbeitskammer 26 Luft zuzuführen beziehungsweise um die Luft, welcher aus dem Tank in die erste Arbeitskammer 26 einströmt, in den Tank nachzufordern.
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Um nun zur Nachförderung beziehungsweise Förderung von Luft erforderlich Energieaufwand zum Bewegen der Seitentür besonders gering zu halten, ist bei der Antriebseinrichtung 10 eine Abluftrückführung vorgesehen. Zur Realisierung der Abluftrückführung umfasst die Antriebseinrichtung 10 eine Kurzschlussleitung 40, welche einerseits fluidisch mit der ersten Arbeitskammer 26 und andererseits fluidisch mit der zweiten Arbeitskammer 28 verbunden ist. Zur Realisierung einer bedarfsgerechten fluidischen Verbindung der Arbeitskammern 26, 28 miteinander sind in der Kurzschlussleitung 40 Ventilelemente 42, 44 angeordnet, mittels welchen ein Strömen der Luft aus der ersten Arbeitskammer 26 über die Kurzschlussleitung 40 in die zweite Arbeitskammer 28 und umgekehrt einstellbar ist. Anstelle der beiden Ventilelemente 42, 44 kann auch einziges Ventilelement beziehungsweise eine entsprechende Ventileinrichtung verwendet werden, mittels welchen beziehungsweise mittels welcher die Kurzschlussleitung 40 fluidisch versperrbar und fluidisch freigebbar ist. Über die Kurzschlussleitung 40 ist zum Bewegen der Seitentür die in einer Arbeitskammern 26, 28 aufgenommene und unter Druck stehende Luft zumindest teilweise aus der einen der Arbeitskammern 26, 28 abführbar und der anderen der Arbeitskammern 26, 28 zuführbar. Bezogen auf die Bewegung der Seitentür aus der Offenstellung in die Schließstellung bedeutet das, dass die in der Offenstellung in der zweiten Arbeitskammer 28 unter hohem Druck aufgenommene Luft zumindest zum Teil über die Kurzschlussleitung 40 aus der zweiten Arbeitskammer 28 abgeführt und der ersten Arbeitskammer 26 zugeführt wird. Dazu sind die Ventilelemente 42, 44 in entsprechende Stellungen zu bewegen beziehungsweise zu schalten. Bei den Ventilelementen 42, 44 handelt es sich beispielsweise um 2/2-Wegeventile, welche elektrisch betätigbar sind und bei welchen eine durch ein Federelement bewirkte Rückstellung vorgesehen ist.
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Beim Rückführen der Druckluft aus der zweiten Arbeitskammer 28 in die erste Arbeitskammer 26 wird die zweite Arbeitskammer 28 gegenüber der Umgebung 24 fluidisch versperrt, so dass zumindest ein besonders großer Teil der in der zweiten Arbeitskammer 28 aufgenommenen Luft sowie ein zumindest großer Teil der in dieser Luft enthaltenen Energie genutzt werden kann, um die erste Arbeitskammer 26 zumindest teilweise mit Luft zu befüllen.
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Da die erste Arbeitskammer 26 zumindest teilweise mit Luft aus der zweiten Arbeitskammer 28 befüllt wird, muss die erste Arbeitskammer 26 mit einer wesentlich geringeren Menge an Luft aus einer von den Arbeitskammern 26, 28 unterschiedlichen Quelle befüllt werden, als wenn die gesamte, zum Bewegen der Seitentür aus der Offenstellung in die Schließstellung erforderliche, in die erste Arbeitskammer 26 einzuführende Luft aus der von den Arbeitskammern 26, 28 unterschiedlichen Quelle, beispielsweise aus dem Tank, bezogen werden müsste. In der Folge kann der zur Befüllung der ersten Arbeitskammer 26 erforderliche Energieaufwand besonders gering gehalten werden.
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Bevor Luft aus einer von den Arbeitskammern 26, 28 unterschiedlichen Quelle in die erste Arbeitskammern 26 gefördert wird, werden die Arbeitskammern 26, 28 vorzugsweise so lange fluidisch miteinander verbunden, bis in den Arbeitskammern 26, 28 der gleiche Druck herrscht. Mit anderen Worten wird die Antriebseinrichtung 10 bezogen auf ein auf die Kolbeneinrichtung 16 wirkendes Kräftegleichgewicht kraftlos geschaltet. Dies erfolgt beispielsweise zeitlich vor dem Beginn der eigentlichen Bewegung der Seitentür aus der Offenstellung in die Schließstellung. Herrscht in den Arbeitskammern 26, 28 der gleiche Druck, wird die fluidische Verbindung der Arbeitskammern 26, 28 aufgehoben und wird dann Luft aus einer von den Arbeitskammern 26, 28 unterschiedlichen Quelle in die erste Arbeitskammer 26 gefördert, so wird der Kolben 18 nach links bewegt und die eigentliche Bewegung der Seitentür beginnt.
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Die Kraftlosschaltung erfolgt beispielsweise zwei Sekunden vor dem eigentlichen Beginn der Bewegung der Seitentür. Beispielsweise erfolgt die Kraftlosschaltung, bevor der Omnibus beispielsweise an einer Haltestelle zum Stehen gekommen ist. Dadurch ist es möglich, mit der Bewegung der Seitentür dann zu beginnen, wenn der Omnibus an der Haltestelle zum Stillstand gekommen ist.
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2 zeigt zeitliche Verläufe 46a–e. Der zeitliche Verlauf 46a veranschaulicht die Bewegung der Seitentür aus der Schließstellung in die Offenstellung, wobei der zeitliche Verlauf 46b die Bewegung der Seitentür aus der Offenstellung in die Schließstellung veranschaulicht. Der Verlauf 46c veranschaulicht die Zeitspanne zwischen einem Bewirken einer Bewegung der Seitentür und dem tatsächlichen Beginn der Bewegung. Der zeitliche Verlauf 46d veranschaulicht die genannte Kraftlosschaltung bei der Bewegung der Seitentür aus der Schließstellung in die Offenstellung, wobei der zeitliche Verlauf 46e die genannte Kraftlosschaltung bei der Bewegung der Seitentür aus der Offenstellung in die Schließstellung veranschaulicht. Mit anderen Worten veranschaulichen die zeitlichen Verläufe 46d und 46e die Zeitspanne, die die Arbeitskammern 26, 28 über die Kurzschlussleitung 40 fluidisch miteinander verbunden sind.
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Zu einem Zeitpunkt t1 wird beispielsweise die Bewegung der Seitentür aus der Schließstellung in die Offenstellung dadurch bewirkt, dass der Fahrer des Omnibusses ein entsprechendes Bedienelement, beispielsweise einen Knopf, betätigt beziehungsweise drückt. Wie anhand des zeitlichen Verlaufs 46d erkennbar ist, werden die Arbeitskammern 26, 28 fluidisch miteinander verbunden, so dass die Kraftlosschaltung bewirkt wird. Die fluidische Verbindung der Arbeitskammern 26, 28 dauert vom ersten Zeitpunkt t1 bis zu einem zweiten Zeitpunkt t2. Anhand des zeitlichen Verlaufs 46c ist erkennbar, dass die tatsächliche Bewegung der Seitentür aus der Schließstellung in die Offenstellung zu einem dritten Zeitpunkt t3 beginnt und bis zu einem vierten Zeitpunkt t4 dauert. Die Zeitspanne zwischen dem Betätigen des Bedienelements und dem tatsächlichen Beginn der Bewegung der Seitentür aus der Schließstellung in die Offenstellung liegt somit zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 und dem dritten Zeitpunkt t3.
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Entsprechendes geschieht bei der Bewegung der Seitentür aus der Offenstellung in die Schließstellung. Zu einem fünften Zeitpunkt t5 betätigt der Fahrer das Bedienelement, um die Seitentür aus der Offenstellung in die Schließstellung zu bewegen. Die Arbeitskammern 26, 28 sind über eine Zeitspanne zwischen dem fünften Zeitpunkt t5 und einem sechsten Zeitpunkt t6 fluidisch miteinander verbunden. Die tatsächliche Bewegung der Seitentür aus der Offenstellung in die Schließstellung beginnt bei einem siebten Zeitpunkt t7 und endet bei einem achten Zeitpunkt t8. Eine Zeitspanne vom Betätigen des Bedienelements bis zum tatsächlichen Beginn der Bewegung der Seitentür aus der Offenstellung in die Schließstellung erstreckt somit vom fünften Zeitpunkt t5 bis zum siebten Zeitpunkt t7. Durch entsprechende Steuerung beziehungsweise Regelung und/oder Signalverarbeitung und/oder Signalführung können diese Zeitspannen minimiert werden.
