DE102018208576A1

DE102018208576A1 - Antrieb für einen Tür- oder Fensterflügel

Info

Publication number: DE102018208576A1
Application number: DE102018208576.5A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Wörner
Original assignee: Geze GmbH
Current assignee: Geze GmbH
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2019-12-05
Also published as: FR3081905A1; FR3081905B1; GB2576069B; GB201907549D0; GB2576069A8; GB2576069A

Abstract

Ein Antrieb für einen Flügel einer Tür, eines Fensters oder dergleichen umfasst ein Gehäuse, einen verschiebbar im Gehäuse geführten, durch eine Federeinheit beaufschlagten Kolben und eine drehbar im Gehäuse gelagerte, über ein Ritzel-Zahnstangengetriebe mit dem Kolben verbundene Abtriebswelle. Das Ritzel-Zahnstangengetriebe umfasst ein mit der Abtriebswelle verbundenes unrundes Ritzel, dessen Verzahnung mit einer kolbenseitigen Gegenverzahnung kämmt. Ein jeweiliges in einem anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich von 0° bis zu einem vorgegebenen Flügelöffnungswinkel mit einander in Eingriff tretendes Zahnpaar der ritzelseitigen und kolbenseitigen Verzahnungen ist so ausgeführt, dass sich beim Öffnen des Flügels eine horizontal, d.h. parallel zur Verschieberichtung des Kolbens verlaufende oder eine gegenüber der Horizontalen, d.h. der Verschieberichtung des Kolbens ansteigende Eingriffslinie ergibt. Die wirksame Hebelarmlänge der ritzelseitigen Verzahnung in dem anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich nimmt ausgehend von einer maximalen wirksamen Hebelarmlänge bei dem Flügelöffnungswinkel von 0° mit zunehmendem Flügelöffnungswinkel bis zu einem ersten vorgegebenen Flügelöffnungswinkel ab.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für einen Flügel einer Tür, eines Fensters oder dergleichen, mit einem Gehäuse, einem verschiebbar im Gehäuse geführten, durch eine Federeinheit beaufschlagten Kolben und einer drehbar im Gehäuse gelagerten, über ein Ritzel-Zahnstangengetriebe mit dem Kolben verbundenen Abtriebswelle.
Dabei kann es sich bei einem solchen Antrieb insbesondere um einen Türschließer handeln.
Bei einem Antrieb der eingangs genannten Art wird beim Öffnen und Schließen des Flügels die Abtriebswelle und damit das Ritzel verdreht, wobei über das Unrund-Ritzel-Zahnstangengetriebe der Kolben beim Öffnen des Flügels im Gehäuse axial entgegen der Kraft der üblicherweise eine Druckfeder umfassenden Federeinheit verschoben wird. Durch die Federeinheit wird so das Öffnungs- und Schließmoment des Antriebs bzw. Türschließers erzeugt.
Um die zunehmend strenger werdenden Anforderungen an die Barrierefreiheit beim Begehen von Türen zu erfüllen, ist ein mit dem Öffnen der Tür stark abfallendes Öffnungsmoment der Tür und somit des Antriebs erforderlich.
Türschließer mit einem Ritzel-Zahnstangengetriebe erreichen nur sehr schwach abfallende Öffnungsmomente, mit denen die genannten Anforderungen an die Barrierefreiheit nicht erreicht werden können. Teilweise steigen die Öffnungsmomente beim Öffnen der Tür sogar an. Um einen entsprechenden Momentenabfall zu erzeugen, sind somit zusätzliche Bauelemente erforderlich.
Durch die Verwendung eines Nockenscheibengetriebes im Türschließer kann der geforderte Momentenabfall zwar relativ einfach realisiert werden. Diese Türschließer sind jedoch komplexer im Aufbau und daher teurer als Türschließer mit Ritzel-Zahnstangengetriebe. Zudem sind der Wirkungsgrad und die Dämpfungsleistung oft schlechter als bei Türschließern mit einem Ritzel-Zahnstangengetriebe.
Türschließer mit einem Scherengestänge als Kraftübertragungseinrichtung zwischen der Abtriebswelle und dem Türflügel bzw. Rahmen besitzen durch den hohen Übersetzungsabfall des Gestänges beim Öffnen des Türflügels grundsätzlich ein hohes abfallendes Öffnungsmoment, wodurch das Getriebe im Türschließer beliebig ausführbar ist. Bei einer Kraftübertragungseinrichtung mit einem Hebel bzw. einem in einer Gleitschiene geführten Gleitarm fällt die Übersetzung nicht derart stark ab, wodurch das Getriebe im Türschließer einen höheren Übersetzungsabfall für ein abfallendes Öffnungsmoment aufweisen muss. Um den zunehmenden Anforderungen an Komfort und Barrierefreiheit gerecht zu werden, werden Türschließer mit einer einen in einer Gleitschiene geführten Gleitarm umfassenden Kraftübertragungseinrichtung zwischen Abtriebswelle und Flügel heutzutage fast ausschließlich mit einem Nockenscheibengetriebe ausgeführt, das eine stark abnehmende Übersetzung bzw. stark abfallende Öffnungsmomente an der Tür ermöglicht, wodurch die Tür leicht zu begehen ist. Der betreffende Abfall der Übersetzung bzw. der Öffnungsmomente ist konstruktionsbedingt stark ausgeprägt und tritt vor allem bei Türschließern mit Türöffnungswinkeln bis zu 180° auf, was nun aber ein geringeres Schließmoment mit sich bringt, wodurch gerade bei Türen im Außenbereich, die Windlasten und dergleichen ausgesetzt sind, kein sicheres Schließen der Tür mehr gewährleistet ist. Daher wäre ein mittlerer Abfall der Türmomente zu bevorzugen.
Zudem haben Türschließer mit Nockenscheibengetriebe im Vergleich zu Türschließern mit einem Ritzel-Zahnstangengetriebe deutlich geringere Kolbenhübe und benötigen höhere Federkräfte, da der wirksame Hebelarm im Getriebe kleiner ist. Dadurch besitzen Türschließer mit einem Nockenscheibengetriebe schlechtere hydraulische Dämpfungseigenschaften und höhere Bauteilbelastungen. Darüber hinaus weisen Nockenscheibengetriebe konstruktiv bedingt im Bereich der Kraft übertragenden Kolben höhere Querkräfte bzw. Reibungskräfte als Zahnstangengetriebe auf, was sich in einem höheren Verschleiß, einer schlechteren Langlebigkeit der Bauteile sowie einem schlechteren Wirkungsgrad der Türschließer auswirkt. Darüber hinaus sind Türschließer mit Nockenscheibengetriebe meistens im Aufbau komplexer und damit kostenintensiver als Türschließer mit Zahnstangengetriebe.
Die bisher üblichen Türschließer mit Ritzel-Zahnstangengetriebe erzeugen trotz unrunder Zahnstangengetriebe ein kaum abfallendes Öffnungsmoment. In der DE 36 38 353 und der DE 93 19 547 sind Türschließer mit einem Zahnstangengetriebe mit Unrund-Verzahnung beschrieben, bei denen sich der wirksame Hebelarm des Getriebes bis zu einem vorgegebenen Türöffnungswinkel verkürzt, um ein abfallendes Öffnungsmoment zu erzeugen. Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes dieser bekannten Zahnstangengetriebe fällt in einem anfänglichen Öffnungsbereich allerdings zu gering ab, um einen Abfall des Öffnungsmoments vergleichbar dem von Nockenscheibengetrieben zu ermöglichen. In einem anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich verkürzt sich der wirksame Hebelarm nur auf ca. 65% des Anfangswertes bei 0° Flügelöffnungswinkel. Beim weiteren Öffnen der Türe bleibt der wirksame Hebelarm bei großen Türöffnungswinkeln nahezu konstant oder verkürzt sich sogar weiter.
Für einen starken Abfall des Öffnungsmoments wäre zusätzlich eine sehr kleine Federrate der Druckfeder erforderlich, wodurch die Schließmomente bei großen Türöffnungswinkeln aufgrund der bei diesen großen Türöffnungswinkeln kleinen wirksamen Hebelarmlänge des Getriebes und der geringen Federkraft jedoch zu klein wären. Um bei großen Türöffnungswinkeln ein ausreichendes Schließmoment zu erzeugen, muss hier eine hohe Federrate gewählt werden. So ergibt sich das Öffnungsmoment an der Tür aus der Übersetzung der Kraftübertragungseinrichtung zwischen der Abtriebswelle und dem Flügel oder Rahmen und dem Abtriebsmoment des Türschließers am Türschließer-Ritzel, das sich aus dem Produkt aus der wirksamen Hebelarmlänge des Getriebes und der Federkraft ergibt. Die Federrate der Druckfeder muss hier so hoch gewählt werden, dass der Anstieg der Federkraft ausreicht, um den Abfall der Übersetzung der Kraftübertragungseinrichtung auszugleichen und so auch bei großen Türöffnungswinkeln ein ausreichendes Schließmoment zu erzeugen, um die Tür sicher schließen zu können. Dadurch steigt beim Öffnen der Tür die Kraft der Druckfeder nun aber schneller an, als dies der sich verkürzende wirksame Hebelarm der Unrund-Verzahnung ausgleichen kann. Die Abnahme des Übersetzungsverhältnisses ist über den Drehwinkel des Ritzels zu gering, wodurch nur ein geringer Abfall des Öffnungsmoments erreicht wird. Der Übersetzungsabfall im Getriebe müsste für eine hinreichende Barrierefreiheit nun aber höher sein.
In der DE 44 44 131 ist ein Türschließer mit einem eine Unrund-Verzahnung aufweisenden Zahnstangengetriebe beschrieben, der ein stark abfallendes Öffnungsmoment erzeugen soll. Dazu weist das Ritzel einen besonders ausgeformten ersten Zahn auf, der mit der Fläche, die zwischen dem Zahnkopf und der druckseitigen Zahnflanke liegt, in den Zahnfußbereich der Gegenverzahnung am Kolben eingreift.
Da die hauptsächliche Reduzierung der wirksamen Hebelarmlänge des Getriebes durch das Abwälzen des beim Öffnen der Tür ersten auf das zweite miteinander in Eingriff tretende Zahnpaar stattfindet, muss der Höhenunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Zahn am Kolben sehr groß ausgeführt werden, um ein abfallendes Öffnungsmoment ähnlich dem von Nockenscheibengetrieben zu ermöglichen. Mit der bekannten Konstruktion ist dies jedoch nicht realisierbar, da durch den großen Höhenunterschied der ersten beiden Zähne am Kolben die Eingriffswinkel des Ritzels in die Kolbenverzahnung am Übergabepunkt vom ersten auf den nächsten Zahn zu groß werden und so beim Schließen der Tür im schlimmsten Fall eine Selbsthemmung/Verklemmen des Systems oder zumindest ein Einbruch des Wirkungsgrades und Verschleißerscheinungen auftreten würden. Mit der bekannten Konstruktion verkürzt sich der wirksame Hebelarm in einem anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich nur auf ca. 64% des Anfangswertes bei 0° Flügelöffnungswinkel. Darüber hinaus ist der längere Zahn durch seine verlängerte Form und den Kontaktbereich am Zahnkopf sehr hohen Biegebelastungen ausgesetzt, welche die Robustheit des Systems verschlechtern.
Der Kontaktbereich im Zahnkopf am Ritzel ist durch eine Verrundung dargestellt, die geometrisch bedingt sehr klein ausfällt, was extreme Flächenpressungen verursacht, die schnell zu Beschädigungen der Verzahnung führen können. Das System ist somit nur für Türschließer mit geringer Schließkraft (geringere Federkräfte) geeignet, bei denen ein abfallendes Öffnungsmoment nun aber wieder nicht mehr relevant ist, da die Öffnungsmomente ohnehin sehr gering sind. Zudem wird durch die überwiegend aufeinander gleitenden Zähne der Verschleiß der Verzahnung erhöht.
Darüber hinaus weist ein solches System konstruktionsbedingt relativ große druckseitige Zahnflankenwinkel (>35° bei einem Türöffnungswinkel von 0°) am ersten Zahn der Verzahnung des Kolbens auf, die sehr hohe Querkräfte erzeugen, die den Wirkungsgrad des Türschließers verschlechtern, was wiederum stark erhöhte Öffnungsmomente des Türschließers und auch einen erhöhten Verschleiß zur Folge hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb bzw. Türschließer der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die zuvor erwähnten Nachteile beseitigt sind. Dabei soll der mit einem Ritzel-Zahnstangengetriebe versehene Antrieb bei möglichst einfachem und entsprechend kostengünstigem Aufbau insbesondere ein stark abfallendes Öffnungsmoment vergleichbar dem eines Nockenscheibengetriebes aufweisen und damit eine möglichst hohe Barrierefreiheit gewährleisten. Zudem soll der Antrieb insbesondere auch ein ausreichendes Schließmoment gegen Windlasten und dergleichen, auch ohne spezielle Gleitringe am Kolben einen möglichst großen Wirkungsgrad sowie eine hohe Robustheit gegen Verschleiß aufweisen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Antrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Antriebs ergeben sich aus den Unteransprüchen, der vorliegenden Beschreibung sowie der Zeichnung.
Der erfindungsgemäße Antrieb für einen Flügel einer Tür, eines Fensters oder dergleichen umfasst ein Gehäuse, einen verschiebbar im Gehäuse geführten, durch eine Federeinheit beaufschlagten Kolben und eine drehbar im Gehäuse gelagerte, über ein Ritzel-Zahnstangengetriebe mit dem Kolben verbundene Abtriebswelle. Dabei umfasst das Ritzel-Zahnstangengetriebe ein mit der Abtriebswelle verbundenes unrundes Ritzel, dessen Verzahnung mit einer kolbenseitigen Gegenverzahnung kämmt, wobei ein jeweiliges in einem anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich von 0° bis zu einem vorgegebenen Flügelöffnungswinkel miteinander in Eingriff tretendes Zahnpaar der ritzelseitigen und kolbenseitigen Verzahnungen so ausgeführt ist, dass sich beim Öffnen des Flügels eine horizontal, d.h. parallel zur Verschieberichtung des Kolbens verlaufende oder eine gegenüber der Horizontalen, d.h. der Verschieberichtung des Kolbens ansteigende Eingriffslinie ergibt, und die wirksame Hebelarmlänge der ritzelseitigen Verzahnung in dem anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich ausgehend von einer maximalen wirksamen Hebelarmlänge bei dem Flügelöffnungswinkel von 0° mit zunehmendem Flügelöffnungswinkel bis zu einem ersten vorgegebenen Flügelöffnungswinkel abnimmt, und ab einem zweiten vorgegebenen Flügelöffnungswinkel, der größer oder gleich groß ist wie der erste vorgegebene Flügelöffnungswinkel und kleiner als der maximale Flügelöffnungswinkel ist, mit zunehmendem Flügelöffnungswinkel wieder zunimmt.
Aufgrund dieser Ausbildung besitzt der mit einem Ritzel-Zahnstangengetriebe versehene Antrieb bei einfach und entsprechend kostengünstig gehaltenem Aufbau ein stark abfallendes Öffnungsmoment vergleichbar dem eines Nockenscheibengetriebes, wodurch eine entsprechend hohe Barrierefreiheit, gekennzeichnet durch komfortables, kindgerechtes und behindertengerechtes Begehen der Tür gewährleistet ist. Zudem weist der erfindungsgemäße Antrieb ein ausreichendes Schließmoment gegen Windlasten und dergleichen und auch ohne spezielle Gleitringe am Kolben einen möglichst großen Wirkungsgrad sowie eine hohe Robustheit gegen Verschleiß auf.
Bevorzugt weist die beim Öffnen des Flügels mit der ritzelseitigen Verzahnung in Eingriff tretende erste druckseitige Zahnflanke der kolbenseitigen Gegenverzahnung einen Zahnflankenwinkel auf, der kleiner ist als 25°, vorzugsweise kleiner als 20° ist.
Durch die besondere Ausformung der Verzahnung ist der Zahnflankenwinkel der beim Öffnen des Flügels ersten mit der ritzelseitigen Verzahnung in Eingriff tretenden druckseitigen Zahnflanke am Kolben sehr klein (kleiner als 25°, vorzugsweise kleiner als 20°). So werden nur geringe Querkräfte vom Kolben auf das Gehäuse übertragen, wodurch die Reibung reduziert wird. Durch die verringerte Reibung wird ein hoher Wirkungsgrad des Antriebs erreicht und gleichzeitig der Verschleiß verringert, was die Langlebigkeit des Antriebs erhöht. Durch den hohen Wirkungsgrad kann bei gleichem Schließmoment des Antriebs ein deutlich geringeres initiales Öffnungsmoment des Flügels wie bei Türschließern mit einem Nockenscheibengetriebe erreicht werden, wodurch der Begehkomfort entsprechend erhöht wird.
Bevorzugt ist der horizontale bzw. ansteigende Verlauf der Eingriffslinie eines jeweiligen im anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich miteinander in Eingriff tretenden Zahnpaares der ritzelseitigen und kolbenseitigen Verzahnungen zumindest teilweise durch eine beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierende Profilverschiebung und/oder ein beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierendes Modul und/oder beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierende Flankenwinkel und/oder beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierende Krümmungsradien der Zahnflanken der ritzelseitigen Verzahnung erzeugt.
Profilverschiebung ist ein Begriff aus der Verzahnungs- und Getriebelehre. Bei der Auslegung und Fertigung von Zahnrädern mit einer Profilverschiebung wird die Gestalt der Zähne verändert, ohne allerdings die zugrundeliegende Basiskurve zu verändern. Bei einem Zahnrad mit Profilverschiebung wird gegenüber einem Zahnrad ohne Profilverschiebung ein anderer Teil derselben Kurve (meist Evolvente oder Zykloide) als Zahnflanke genutzt. Der Modul ist ein Maß für die Größe der Zähne von Zahnrädern. Er ist definiert als der Quotient aus der Zahnradteilung bzw. dem Abstand zweier benachbarter Zähne und der Kreiszahl, bei der es sich um eine mathematische Konstante handelt, die als Verhältnis des Umfangs eines Kreises zu seinem Durchmesser definiert ist.
Indem die im anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich miteinander in Eingriff tretenden Zähne und insbesondere das beim Öffnen des Flügels erste Zahnpaar der ritzelseitigen und kolbenseitigen Verzahnungen durch eine variierende Profilverschiebung und/oder ein variierendes Modul und/oder variierende Flankenwinkel und/oder variierende Krümmungsradien der Zahnflanken beim Öffnen des Flügels eine horizontale oder ansteigende Eingriffslinie aufweisen, wird teilweise eine kürzere Eingriffsstrecke der betreffenden Zahnpaare erreicht, welche eine schnelle Verkürzung der wirksamen Hebelarmlänge des Ritzel-Zahnstangengetriebes ermöglicht, so dass bei einem weiteren Öffnen des Flügels das Flügelmoment stark abfällt, wodurch ein komfortableres Begehen ermöglicht wird. Zudem wird durch eine ansteigende Eingriffslinie in Kombination mit der besonderen Ausformung des ersten Zahnpaares mit am ritzelseitigen und kolbenseitigen Zahn variierenden Flankenwinkeln und/oder variierenden Krümmungsradien der Zahnflanken ein vorteilhafter Eingriff des ersten Zahnpaares bei besonders kleinen Flankenwinkeln ermöglicht, um die Querkräfte zu reduzieren und den Wirkungsgrad zu erhöhen. Durch die Kurvenform der Eingriffslinie, auch als sogenannte Eingriffsgerade bezeichnet, könnte diese auch als Eingriffskurve bezeichnet werden. Auf der Eingriffslinie verläuft der Berührungspunkt der Flanken der miteinander kämmenden Zähne.
Die Eingriffslinie fällt bei einem Zahneingriff hinter der Mittellinie des Ritzels zwar zunächst ab. Durch eine entsprechende Montage kann jedoch sichergestellt werden, dass ein wirksamer Zahneingriff erst ab der Mittellinie des Ritzels erfolgt, wo die Eingriffslinie entsprechend ansteigt oder horizontal verläuft.
Durch die erfindungsgemäße Ausformung der Verzahnung nimmt die wirksame Hebelarmlänge des Ritzel-Zahnstangengetriebes und damit die Übersetzung des Getriebes beim Öffnen des Flügels stark ab (Wälzkurve steigt extrem an), wodurch das Öffnungsmoment vergleichbar dem eines Nockenscheibengetriebes sehr stark abfällt und so ein komfortables, kindgerechtes und behindertengerechtes Begehen der Tür ermöglicht.
Der anfängliche Flügelöffnungswinkelbereich erstreckt sich bevorzugt von 0° bis zu einem vorgegebenen Flügelöffnungswinkel im Bereich von 40°, vorzugsweise bis zu einem vorgegebenen Öffnungswinkel im Bereich von 30°.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebs sind die Verzahnungen des Ritzel-Zahnstangengetriebes so ausgeführt, dass die wirksame Hebelarmlänge der ritzelseitigen Verzahnung beim Öffnen des Flügels ausgehend von einem Anfangswert bei geschlossenem Flügel bis spätestens einem Flügelöffnungswinkel von 40°, vorzugsweise bis spätestens einem Flügelöffnungswinkel von 30°, auf zumindest 60%, vorzugsweise auf zumindest 55% des Anfangswertes abfällt. Damit ergibt sich ein entsprechend stark abfallendes Öffnungsmoment des Flügels und entsprechend eine hohe Barrierefreiheit. Ein Flügelöffnungswinkel von 30° entspricht beispielsweise einem Achswinkel von etwa 48°.
Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn das Ritzel-Zahnstangengetriebe so ausgeführt ist, dass der Abfall der Übersetzung in einem Flügelöffnungswinkelbereich von 0° bis 30° über zumindest zwei Zahnflanken und vorzugsweise über drei Zahnflanken abgewälzt wird.
Durch eine solche Ausführung des Ritzel-Zahnstangengetriebes ist ein fehlerfreies Abwälzen der Zahnflanken der ritzelseitigen und der kolbenseitigen Verzahnung aufeinander sichergestellt.
Vorteilhafterweise kann das Ritzel-Zahnstangengetriebe so ausgeführt sein, dass die wirksame Hebelarmlänge der ritzelseitigen Verzahnung beim Öffnen des Flügels im Anschluss an den anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich bis zu einem Flügelöffnungswinkel im Bereich bis 60° weiter abnimmt, um ein noch einfacheres Begehen zu ermöglichen, oder zumindest im Wesentlichen konstant bleibt (trapezförmige Wälzkurve), um das Türmoment niedrig zu halten und dennoch ein ausreichendes Schließmoment gegen Windlasten oder dergleichen zu ermöglichen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebs kann das Ritzel-Zahnstangengetriebe jedoch auch so ausgeführt sein, dass die wirksame Hebelarmlänge der ritzelseitigen Verzahnung beim Öffnen des Flügels im Anschluss an den anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich bis zu einem Flügelöffnungswinkel im Bereich von 60° wieder zunimmt.
Um den Abfall des Öffnungsmoments weiter zu verstärken, umfasst die Federeinheit bevorzugt eine Druckfeder mit einer Federrate R < 80 N/mm.
In diesem Fall kann der geringere Anstieg der Federkraft und insbesondere bei größeren Flügelöffnungswinkeln die geringe Übersetzung der Kraftübertragungseinrichtung zwischen der Abtriebswelle und dem Flügel bzw. dem Rahmen kompensiert werden, um auch bei größeren Flügelöffnungswinkeln ein ausreichendes Schließmoment zu erzeugen. Dazu können mit einer entsprechenden Ausführung der Verzahnung die Übersetzung des Getriebes bzw. die wirksame Hebelarmlänge beim Öffnen des Flügels ab einem Flügelöffnungswinkel im Bereich von 60° wieder stärker ansteigen, was mit einer entsprechenden abfallenden Wälzkurve einhergeht. Die wirksame Hebelarmlänge der ritzelseitigen Verzahnung vergrößert sich also mit zunehmendem Flügelöffnungswinkel wieder, wodurch trotz der geringeren Übersetzung der Kraftübertragungseinrichtung zwischen der Abtriebswelle und dem Flügel bzw. dem Rahmen und geringerer Federkraft ein ausreichendes Schließmoment bei größeren Flügelöffnungswinkeln erzeugt wird.
In bestimmten Fällen ist auch von Vorteil, wenn das Ritzel-Zahnstangengetriebe so ausgeführt ist, dass dessen Übersetzung beim Öffnen des Flügels ab dem Flügelöffnungswinkel im Bereich von 60° bis zum maximalen Flügelöffnungswinkel von insbesondere 180° wieder auf zumindest 60° des Anfangswertes beim Flügelöffnungswinkel von 0° ansteigt.
Von Vorteil ist insbesondere, wenn die ritzelseitige Verzahnung so ausgeführt ist, dass mit dem weiteren Öffnen des Flügels ab dem Flügelöffnungswinkel im Bereich von 60° das Abtriebswellenmoment so ansteigt, dass eine abnehmende Übersetzung einer zwischen der Abtriebswelle und dem Flügel oder Rahmen vorgesehenen, insbesondere einen Hebel oder ein Gestänge umfassenden Kraftübertragungseinrichtung zumindest im Wesentlichen ausgeglichen wird.
Gemäß einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebs ist das Ritzel-Zahnstangengetriebe so ausgeführt, dass der Anstieg der Übersetzung im Flügelöffnungswinkelbereich von etwa 60° bis zum maximalen Flügelöffnungswinkel von insbesondere 180° über zumindest zwei Zahnflanken und vorzugsweise über zumindest drei Zahnflanken abgewälzt wird.
Durch eine solche Ausführung des Ritzel-Zahnstangengetriebes ist ein fehlerfreies Abwälzen der Zahnflanken der ritzelseitigen und der kolbenseitigen Verzahnung aufeinander sichergestellt.
Um auch bei größeren Flügelöffnungswinkeln bei größeren Federkräften einen geringen Verschleiß und damit einen hohen Wirkungsgrad zu gewährleisten, weisen die druckseitigen Zahnflanken der bei Flügelöffnungswinkeln in einem Flügelöffnungswinkelbereich von etwa 60° bis zum maximalen Flügelöffnungswinkel von insbesondere 180° und insbesondere im Bereich des maximalen Flügelöffnungswinkels mit der ritzelseitigen Verzahnung in Eingriff tretenden Zähne der kolbenseitigen Gegenverzahnung vorteilhafterweise jeweils einen Zahnflankenwinkel auf, der kleiner als 20°, vorzugsweise kleiner als 15°, ist.
Eine weitere bevorzugte praktische Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebs zeichnet sich dadurch aus, dass die wirksame Hebelarmlänge der ritzelseitigen Verzahnung beim Öffnen des Flügels bis zu einem Umkehrpunkt zunächst abnimmt und anschließend wieder zunimmt und der Abschnitt der ritzelseitigen Verzahnung mit beim Öffnen des Flügels zunächst abnehmender wirksamer Hebelarmlänge und der Abschnitt der ritzelseitigen Verzahnung mit beim Öffnen des Flügels wieder zunehmender wirksamer Hebelarmlänge jeweils zumindest einen asymmetrischen Zahn aufweisen, wobei ein jeweiliger asymmetrischer Zahn des Abschnitts der ritzelseitigen Verzahnung mit beim Öffnen des Flügels abnehmender wirksamer Hebelarmlänge eine druckseitige Zahnflanke aufweist, deren Zahnflankenwinkel kleiner ist als der Zahnflankenwinkel der druckabgewandten Zahnflanke, und ein jeweiliger asymmetrischer Zahn des Abschnitts der ritzelseitigen Verzahnung mit beim Öffnen des Flügels zunehmender wirksamer Hebelarmlänge eine druckseitige Zahnflanke aufweist, deren Zahnflankenwinkel größer ist als der Zahnflankenwinkel der druckabgewandten Zahnflanke. In diesem Fall kann sich insbesondere eine dreiecksförmige Wälzkurve ergeben.
Durch die betreffende Ausgestaltung der ritzelseitigen Zähne und deren Zahnflankenwinkel ist sowohl in Zug- als auch in Druckrichtung ein sauberer Eingriff der Verzahnungen gewährleistet.
Bevorzugt sind zumindest ein jeweiliger Abschnitt der ritzelseitigen Verzahnung mit beim Öffnen des Flügels abnehmender wirksamer Hebelarmlänge und ein jeweiliger Abschnitt der ritzelseitigen Verzahnung mit beim Öffnen des Flügels wieder zunehmender wirksamer Hebelarmlänge zumindest teilweise durch eine beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierende Profilverschiebung und/oder ein beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierendes Modul und/oder beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierende Flankenwinkel und/oder beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierende Krümmungsradien der Zahnflanken der ritzelseitigen Verzahnung erzeugt.
Der Kolben ist bevorzugt als Hohlkolben mit einer Innenverzahnung ausgeführt. Die kolbenseitige Verzahnung ist in diesem Fall also innerhalb des Kolbens vorgesehen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:

1 eine schematische Darstellung des Grundaufbaus einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebs,
2 eine schematische Teildarstellung des eine trapezförmige Wälzkurve aufweisenden Unrund-Ritzel-Zahnstangengetriebes einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebs bei einem Flügelöffnungswinkel von 0°,
3 zwei schematische Darstellungen des eine trapezförmige Wälzkurve aufweisenden Unrund-Ritzel-Zahnstangengetriebes gemäß 2 bei einem Flügelöffnungswinkel von 30°,
4 eine schematische Darstellung des eine trapezförmige Wälzkurve aufweisenden Unrund-Ritzel-Zahnstangengetriebes gemäß 2 bei einem Flügelöffnungswinkel von 60°,
5 eine schematische Darstellung des eine trapezförmige Wälzkurve aufweisenden Unrund-Ritzel-Zahnstangengetriebes gemäß 2 bei dem maximalen Flügelöffnungswinkel,
6 zwei schematische Darstellungen des eine dreiecksförmige Wälzkurve aufweisenden Unrund-Ritzel-Zahnstangengetriebes einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebs bei einem Flügelöffnungswinkel von 0° bzw. einem Flügelöffnungswinkel von 30°,
7 eine schematische Darstellung des eine dreiecksförmige Wälzkurve aufweisenden Unrund-Ritzel-Zahnstangengetriebes gemäß 6 bei einem Flügelöffnungswinkel von 60°,
8 eine schematische Darstellung des eine dreiecksförmige Wälzkurve aufweisenden Unrund-Ritzel-Zahnstangengetriebes gemäß 6 bei dem maximalen Flügelöffnungswinkel,
9 eine schematische Darstellung des eine dreiecksförmige Wälzkurve aufweisenden Unrund-Ritzel-Zahnstangengetriebes einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebs, bei dem ein Verzahnungsabschnitt mit beim Öffnen des Flügels abnehmender wirksamer Hebelarmlänge und ein Verzahnungsabschnitt mit beim Öffnen des Flügels wieder zunehmender Hebelarmlänge jeweils zumindest einen asymmetrischen Zahn aufweisen,
10 eine schematische Darstellung der mit einem Ritzel versehenen beispielhaften Abtriebswelle des erfindungsgemäßen Antriebs,
11 eine vergrößerte schematische Darstellung der mit dem Ritzel versehenen Abtriebswelle gemäß 10,
12 eine schematische Draufsicht der mit dem Ritzel versehenen Abtriebswelle gemäß den 10 und 11, und
13 ein Diagramm, in dem der vom Flügelöffnungswinkel abhängige Verlauf des Öffnungsmoments einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebs mit einem stark abfallenden Öffnungsmoment den eines Antriebs mit einem herkömmlichen Ritzel-Zahnstangengetriebe und dem eines herkömmlichen Antriebs mit einem Nockenscheibengetriebe gegenübergestellt ist.

1 zeigt den Grundaufbau einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebs 10 für einen Flügel einer Tür, der im vorliegenden Fall beispielsweise als Türschließer ausgeführt ist.
Danach umfasst der Antrieb 10 ein Gehäuse 12, einen verschiebbar im Gehäuse 12 geführten, durch eine Federeinheit 14 beaufschlagten Kolben 16 und eine drehbar im Gehäuse 12 gelagerte, über ein Ritzel-Zahnstangengetriebe 18 mit dem Kolben 16 verbundene Abtriebswelle 20. Die Federeinheit 14 umfasst im vorliegenden Fall beispielsweise eine Druckfeder.
Das Ritzel-Zahnstangengetriebe 18 umfasst ein mit der Abtriebswelle 20 verbundenes unrundes Ritzel 22, dessen Verzahnung 24 mit einer kolbenseitigen Gegenverzahnung 26 kämmt.
Beim Öffnen und Schließen des Flügels wird die Abtriebswelle 20 mit dem Ritzel 22 verdreht und über das Unrund-Ritzel-Zahnstangengetriebe 18 der Kolben 16 im Gehäuse 12 verschoben, wobei die Federeinheit 14 mit dem Öffnen des Flügels gespannt wird und sich mit dem Schließen des Flügels wieder entspannt. Die Federeinheit 14 dient somit als mechanischer Energiespeicher des Antriebs 10.
Die beim Öffnen des Flügels mit der ritzelseitigen Verzahnung 24 in Eingriff tretende erste druckseitige Zahnflanke 36 der kolbenseitigen Gegenverzahnung 26 (vgl. insbesondere 2) weist einen Zahnflankenwinkel α auf, der kleiner ist als 25°, vorzugsweise kleiner als 20°. Beim in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Zahnflankenwinkel α beispielsweise 18,5°.
Ein jeweiliges in einem anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich von 0° bis zu einem vorgegebenen Flügelöffnungswinkel miteinander in Eingriff stehendes Zahnpaar der ritzelseitigen und kolbenseitigen Verzahnungen 24 bzw. 26 ist so ausgeführt, dass sich beim Öffnen des Flügels eine horizontal, d.h. parallel zur Verschieberichtung des Kolbens 16 verlaufende oder eine gegenüber der Horizontalen, d.h. der Verschieberichtung des Kolbens 16 ansteigende Eingriffslinie 48 ergibt. Beim in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich für die beim Öffnen des Flügel ersten beiden Zahnpaare der ritzelseitigen und kolbenseitigen Verzahnungen 24 bzw. 26 jeweils eine ansteigende Eingriffslinie 48. Bei einem Zahneingriff steigt die Eingriffslinie 48 zwar erst ab der durch den Mittelpunkt der Abtriebswelle 20 und dem längsten ritzelseitigen Zahn 34 verlaufenden Mittellinie 50 (vgl. insbesondere 2) des Ritzels 22 an, während sie hinter der Mittellinie 50 abfällt. Durch eine entsprechende Montage kann ein Zahneingriff hinter der Mittellinie 50 jedoch ausgeschlossen werden.
Wie insbesondere aus den 2 bis 9 ersichtlich, nimmt die wirksame Hebelarmlänge R der ritzelseitigen Verzahnung 24 in dem anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich ausgehend von einer maximalen wirksamen Hebelarmlänge R₀ bei einem Flügelöffnungswinkel von 0° mit zunehmendem Flügelöffnungswinkel ab.
Der horizontale bzw. ansteigende Verlauf der Eingriffslinie 48 eines jeweiligen im anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich miteinander in Eingriff tretenden Zahnpaares der ritzelseitigen und kolbenseitigen Verzahnungen 24 bzw. 26 kann zumindest teilweise durch eine beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierende Profilverschiebung und/oder ein beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierendes Modul und/oder beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierende Flankenwinkel und/oder beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend Krümmungsradien der Zahnflanken der ritzelseitigen Verzahnung 24 erzeugt sein. Die Wälzkurve beschreibt die Kraftübertragungspunkte zwischen der ritzelseitigen und kolbenseitigen Verzahnungen 24 bzw. 26 über den Betätigungszyklus des Antriebs 10.
Der anfängliche Flügelöffnungswinkelbereich kann sich beispielsweise von 0° bis zu einem vorgegebenen Flügelöffnungswinkel im Bereich von 40°, und insbesondere bis zu einem vorgegebenen Flügelöffnungswinkel im Bereich von 30° erstrecken.
Von Vorteil ist insbesondere, wenn die Verzahnungen 24, 26 des Ritzel-Zahnstangengetriebes 18 so ausgeführt sind, dass die wirksame Hebelarmlänge der ritzelseitigen Verzahnung beim Öffnen des Flügels ausgehend von einem Anfangswert bei geschlossenem Flügel, d.h. einem Flügelöffnungswinkel von 0°, bis spätestens einem Flügelöffnungswinkel von 40°, vorzugsweise bis spätestens einem Flügelöffnungswinkel von 30°, auf zumindest 60%, vorzugsweise auf zumindest 55% des Anfangswertes abfällt.
Zudem kann das Ritzel-Zahnstangengetriebe 18 insbesondere so ausgeführt sein, dass der Abfall der Übersetzung in einem Flügelöffnungswinkelbereich von 0° bis 30° über zumindest zwei Zahnflanken und vorzugsweise über drei Zahnflanken abgewälzt wird.
Wie insbesondere den 3 und 4 sowie den 6 und 7 zu entnehmen ist, kann das Ritzel-Zahnstangengetriebe 18 zudem so ausgeführt sein, dass die wirksame Hebelarmlänge R der ritzelseitigen Verzahnung 24 beim Öffnen des Flügels im Anschluss an den anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich bis zu einem Flügelöffnungswinkel im Bereich von 60° weiter abnimmt.
Es sind jedoch auch solche Ausführungen des Ritzel-Zahnstangengetriebes 18 denkbar, bei denen die wirksame Hebelarmlänge R der ritzelseitigen Verzahnung 24 beim Öffnen des Flügels im Anschluss an den anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich bis zu einem Flügelöffnungswinkel im Bereich von 60° zumindest im Wesentlichen konstant bleibt oder wieder zunimmt.
Die Federeinheit 14 kann eine Druckfeder mit einer Federrate R < 80 N/mm umfassen. Mit einer Druckfeder mit einer möglichst geringen Federrate von beispielsweise R < 80 N/mm wird der Abfall des Öffnungsmoments verstärkt. Der geringe Anstieg der Federkraft und insbesondere bei größeren Flügelöffnungswinkeln die geringe Übersetzung der beispielsweise einen Hebel oder ein Gestänge umfassenden Kraftübertragungseinrichtung zwischen der Abtriebswelle 20 und dem Flügel bzw. Rahmen kann kompensiert werden, um auch bei großen Flügelöffnungswinkeln ein ausreichendes Schließmoment zu erzeugen. Durch eine entsprechende Ausformung der Verzahnung kann die Übersetzung des Getriebes bzw. der wirksame Hebelarm R nach Erreichen des Minimums beispielsweise ab einem Flügelöffnungswinkel von 60° wieder stark ansteigen, d.h. die Wälzkurve fällt wieder entsprechend ab. Die wirksame Hebelarmlänge L vergrößert sich somit mit zunehmendem Flügelöffnungswinkel, wodurch trotz geringer Übersetzung der Kraftübertragungseinrichtung zwischen der Abtriebswelle 20 und dem Flügel bzw. dem Rahmen und geringerer Federkraft ein ausreichendes Schließmoment bei größeren Flügelöffnungswinkeln erzeugt wird.
Das Ritzel-Zahnstangengetriebe 18 kann insbesondere so ausgeführt sein, dass dessen Übersetzung bzw. die wirksame Hebelarmlänge R beim Öffnen des Flügels ab einem Flügelöffnungswinkel im Bereich von 60° bis zum maximalen Flügelöffnungswinkel von insbesondere 180° wieder auf zumindest 60% des Anfangswerts beim Flügelöffnungswinkel von 0° ansteigt.
Die ritzelseitige Verzahnung 24 kann beispielsweise auch so ausgeführt sein, dass mit dem weiteren Öffnen des Flügels ab dem Flügelöffnungswinkel im Bereich von 60° das Abtriebswellenmoment so ansteigt, dass eine abnehmende Übersetzung einer zwischen der Abtriebswelle 20 und dem Flügel oder Rahmen vorgesehenen, insbesondere einen Hebel oder ein Gestänge umfassenden Kraftübertragungseinrichtung zumindest im Wesentlichen ausgeglichen wird.
Um ein fehlerfreies Abwälzen der Zahnflanken aufeinander zu gewährleisten, kann der Anstieg der Übersetzung des Ritzel-Zahnstangengetriebes 18 im Flügelöffnungswinkelbereich von etwa 60° bis zum maximalen Flügelöffnungswinkel von insbesondere 180° über zumindest zwei Zahnflanken und vorzugsweise über zumindest drei Zahnflanken abgewälzt werden.
Um auch bei großen Türwinkeln und größeren Federkräften einen möglichst geringen Verschleiß und einen hohen Wirkungsgrad sicherzustellen, können die druckseitigen Zahnflanken 36 der bei Flügelöffnungswinkeln in einem Flügelöffnungswinkelbereich von etwa 60° bis zum maximalen Flügelöffnungswinkel von insbesondere 180° und insbesondere im Bereich des maximalen Flügelöffnungswinkels mit der ritzelseitigen Verzahnung 24 in Eingriff tretenden Zähne 42 der kolbenseitigen Gegenverzahnung 26 jeweils einen Zahnflankenwinkel α aufweisen, der kleiner als 20° und insbesondere kleiner als 15° ist.
Mit dem in den 6 bis 8 dargestellten beispielhaften Unrund-Ritzel-Zahnstangengetriebe 18 ergibt sich eine dreiecksförmige Wälzkurve. Dabei ist das Ritzel-Zahnstangengetriebe 18 in der 6 bei einem Flügelöffnungswinkel (FÖW) von 0° bzw. 30°, in der 7 bei einem Flügelöffnungswinkel von 60° und in der 8 bei dem maximalen Flügelöffnungswinkel dargestellt. Während sich beim Flügelöffnungswinkel von 0° (vgl. den linken Teil der 6) die maximale wirksame Hebelarmlänge R₀ von 100% ergibt, ergibt sich beim Flügelöffnungswinkel von 30° (vgl. den rechten Teil der 6) eine beispielsweise 59% der maximalen wirksamen Hebelarmlänge R₀ entsprechende wirksame Hebelarmlänge R, beim Flügelöffnungswinkel von 60° (vgl. 7) eine beispielsweise 41 % der maximalen Hebelarmlänge R₀ entsprechende wirksame Hebelarmlänge R, und beim maximalen Flügelöffnungswinkel (vgl. 8) eine beispielsweise 68% der maximalen wirksamen Hebelarmlänge R₀ entsprechende wirksame Hebelarmlänge R. Wie der 6 zu entnehmen ist, ergibt sich auch beim vorliegenden Ausführungsbeispiel bei einem Flügelöffnungswinkel von 80° beispielsweise wieder ein Verdrehwinkel der Abtriebswelle 20 von 48°.
Wie sich insbesondere aus der 9 ergibt, kann die wirksame Hebelarmlänge R der ritzelseitigen Verzahnung 24 beim Öffnen des Flügels bis zu einem Umkehrpunkt 52 zunächst abnehmen und anschließend wieder zunehmen und der Abschnitt der ritzelseitigen Verzahnung 24 mit beim Öffnen des Flügels zunächst abnehmender wirksamer Hebelarmlänge R und der Abschnitt der ritzelseitigen Verzahnung 24 mit beim Öffnen des Flügels wieder zunehmender wirksamer Hebelarmlänge R jeweils zumindest einen asymmetrischen Zahn 34' aufweisen. Dabei weist ein jeweiliger asymmetrischer Zahn 34' des Abschnitts der ritzelseitigen Verzahnung 24 mit beim Öffnen des Flügels abnehmender wirksamer Hebelarmlänge R eine druckseitige Zahnflanke 36 auf, deren Zahnflankenwinkel α_l kleiner ist als der Zahnflankenwinkel α_r der druckabgewandten Zahnflanke, während ein jeweiliger asymmetrischer Zahn 34' des Abschnitts der ritzelseitigen Verzahnung 24 mit beim Öffnen des Flügels zunehmender wirksamer Hebelarmlänge R eine druckseitige Zahnflanke 38 aufweist, deren Zahnflankenwinkel α_l größer ist als der Zahnflankenwinkel α_r der druckabgewandten Zahnflanke.
Bei den verschiedenen in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen kann zumindest ein jeweiliger Abschnitt der ritzelseitigen Verzahnung 24 mit beim Öffnen des Flügels abnehmender wirksamer Hebelarmlänge R und ein jeweiliger Abschnitt der ritzelseitigen Verzahnung 24 mit beim Öffnen des Flügels wieder zunehmender wirksamer Hebelarmlänge R zumindest teilweise durch eine beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierende Profilverschiebung und/oder ein beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierendes Modul und/oder beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierende Flankenwinkel und/oder beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierende Krümmungsradien der Zahnflanken der ritzelseitigen Verzahnung 24 erzeugt sein.
Bei dem in den 2 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Unrund-Ritzel-Zahnstangengetriebes 18 ergibt sich eine trapezförmige Wälzkurve 40. Dabei ist das Ritzel-Zahnstangengetriebe 18 in der 2 bei einem Flügelöffnungswinkel (FÖW) von 0°, in der 3 bei einem Flügelöffnungswinkel von 0° bzw. 30°, in der 4 bei einem Flügelöffnungswinkel von 60° und in der 5 bei dem maximalen Flügelöffnungswinkel dargestellt. Bei einem Flügelöffnungswinkel von 0° ergibt sich die maximale wirksame Hebelarmlänge R₀ von 100% (vgl. den linken Teil der 3), während sich bei einem Flügelöffnungswinkel von 30° (vgl. den rechten Teil der 3) eine beispielsweise 52% der maximalen wirksamen Hebelarmlänge R₀ entsprechende wirksame Hebelarmlänge R, bei einem Flügelöffnungswinkel von 60° (vgl. 4) eine beispielsweise 50% der maximalen wirksamen Hebelarmlänge R₀ entsprechende wirksame Hebelarmlänge R und bei dem maximalen Flügelöffnungswinkel (vgl. 5) eine beispielsweise 78% der maximalen wirksamen Hebelarmlänge R₀ entsprechende wirksame Hebelarmlänge R ergibt.
Wie aus 3 ersichtlich, ergibt sich beim vorliegenden Ausführungsbeispiel für die Abtriebswelle 20 bei einem Flügelöffnungswinkel von 30° beispielsweise ein Verdrehwinkel von 48°.
Wie bereits ausgeführt, nimmt die wirksame Hebelarmlänge R des Ritzel-Zahnstangengetriebes 18 in einem anfänglichen Flügelwinkelbereich stark ab. Dabei kann. Wie aus den 3 bis 5 ersichtlich, kann die Abtriebswelle 20 im Bereich des die minimale wirksame Hebelarmlänge Rmin aufweisenden ritzelseitigen Verzahnungsabschnitts mit einem Hinterschnitt 28 zu dessen angrenzenden Lagerflächen 30 versehen sein (vgl. insbesondere die 11 und 12). Dabei besitzt der die minimale wirksame Hebelarmlänge Rmin aufweisende ritzelseitige Verzahnungsabschnitt einen minimalen Fußkreisradius R_Fmin , der kleiner ist als der Lagerflächenradius R_L der angrenzenden Lagerflächen 30 der Abtriebswelle 20. Der rapide Abfall der ritzelseitigen wirksamen Hebelarmlänge ist somit beispielsweise durch den speziellen Aufbau der Abtriebswelle 20 realisierbar. Dieser spezielle Aufbau der mit dem Ritzel 22 versehenen, den Hinterschnitt 28 aufweisenden Abtriebswelle 20 ist insbesondere aus den 11 und 12 ersichtlich. Die Lagerflächen 30 der Abtriebswelle 20 können beispielsweise zur drehbaren Lagerung der Abtriebswelle 20 mittels Nadellagern vorgesehen sein.
13 zeigt ein Diagramm, in dem der vom Flügelöffnungswinkel (FÖW) abhängige Verlauf des Öffnungsmoments eines erfindungsgemäßen Antriebs mit einem stark abfallenden Öffnungsmoment (Kurve a)) dem eines Antriebs mit einem herkömmlichen Ritzel-Zahnstangengetriebe (Kurve b)) und einem herkömmlichen Antrieb mit einem Nockenscheibengetriebe (Kurve c)) gegenübergestellt ist. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, weist der erfindungsgemäße Antrieb 10 bzw. Türschließer (vgl. Kurve a)) einen Abfall des Öffnungsmoments ähnlich dem von Nockenscheibengetrieben auf, wobei gleichzeitig ein ausreichendes Schließmoment gegen Windlasten oder dergleichen, ein hoher Wirkungsgrad sowie eine hohe Robustheit gegen Verschleiß erreicht werden.
Bezugszeichenliste

10: Antrieb
12: Gehäuse
14: Federeinheit
16: Kolben
18: Ritzel-Zahnstangengetriebe
20: Abtriebswelle
22: Ritzel
24: ritzelseitige Verzahnung
26: kolbenseitige Gegenverzahnung
28: Hinterschnitt
30: Lagerfläche
34: ritzelseitiger Zahn
34': asymmetrischer Zahn
36: erste druckseitige Zahnflanke
38: druckabgewandte Zahnflanke
40: Wälzkurve
48: Eingriffslinie
50: Mittellinie
52: Umkehrpunkt
R: wirksame Hebelarmlänge
R₀: maximale wirksame Hebelarmlänge
R_min: minimale wirksame Hebelarmlänge
R_L: Lagerflächenradius
R_Fmin: minimaler Fußkreisradius
α: Zahnflankenwinkel
α_l: druckseitiger Flankenwinkel
α_r: zugseitiger Flankenwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3638353 [0009]
DE 9319547 [0009]
DE 4444131 [0011]

Claims

Antrieb (10) für einen Flügel einer Tür, eines Fensters oder dergleichen, mit einem Gehäuse (12), einem verschiebbar im Gehäuse (12) geführten, durch eine Federeinheit (14) beaufschlagten Kolben (16) und einer drehbar im Gehäuse (12) gelagerten, über ein Ritzel-Zahnstangengetriebe (18) mit dem Kolben (16) verbundenen Abtriebswelle (20), wobei das Ritzel-Zahnstangengetriebe (18) ein mit der Abtriebswelle (20) verbundenes unrundes Ritzel (22) umfasst, dessen Verzahnung (24) mit einer kolbenseitigen Gegenverzahnung (26) kämmt, und wobei ein jeweiliges in einem anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich von 0° bis zu einem vorgegebenen Flügelöffnungswinkel miteinander in Eingriff tretendendes Zahnpaar der ritzelseitigen und kolbenseitigen Verzahnungen (24 bzw. 26) so ausgeführt ist, dass sich beim Öffnen des Flügels eine horizontal, d.h. parallel zur Verschieberichtung des Kolbens (16) verlaufende oder eine gegenüber der Horizontalen, d.h. der Verschieberichtung des Kolbens (16) ansteigende Eingriffslinie (48) ergibt, und die wirksame Hebelarmlänge (R) der ritzelseitigen Verzahnung (24) in dem anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich ausgehend von einer maximalen wirksamen Hebelarmlänge (R₀) bei dem Flügelöffnungswinkel von 0° mit zunehmendem Flügelöffnungswinkel bis zu einem ersten vorgegebenen Flügelöffnungswinkel abnimmt, und ab einem zweiten vorgegebenen Flügelöffnungswinkel, der größer oder gleich groß ist wie der erste vorgegebene Flügelöffnungswinkel und kleiner als der maximale Flügelöffnungswinkel ist, mit zunehmendem Flügelöffnungswinkel wieder zunimmt.
Antrieb (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Öffnen des Flügels mit der ritzelseitigen Verzahnung (24) in Eingriff tretende erste druckseitige Zahnflanke (36) der kolbenseitigen Gegenverzahnung (26) einen Zahnflankenwinkel (a) aufweist, der kleiner ist als 25°, vorzugsweise kleiner als 20° ist.
Antrieb (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der horizontale bzw. ansteigende Verlauf der Eingriffslinie (48) eines jeweiligen im anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich miteinander in Eingriff tretendenden Zahnpaares der ritzelseitigen und kolbenseitigen Verzahnungen (24 bzw. 26) zumindest teilweise durch eine beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierende Profilverschiebung und/oder ein beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierendes Modul und/oder beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierende Flankenwinkel und/oder beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend Krümmungsradien der Zahnflanken der ritzelseitigen Verzahnung (24) erzeugt ist.
Antrieb (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der anfängliche Flügelöffnungswinkelbereich von 0° bis zu einem vorgegebenen Flügelöffnungswinkel im Bereich von 40°, vorzugsweise bis zu einem vorgegebenen Flügelöffnungswinkel im Bereich von 30° erstreckt.
Antrieb (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungen (24, 26) des Ritzel-Zahnstangengetriebes (18) so ausgeführt sind, dass die wirksame Hebelarmlänge (R) der ritzelseitigen Verzahnung (24) beim Öffnen des Flügels ausgehend von einem Anfangswert bei geschlossenem Flügel bis spätestens einem Flügelöffnungswinkel von 40°, vorzugsweise bis spätestens einem Flügelöffnungswinkel von 30°, auf zumindest 60%, vorzugsweise auf zumindest 55% des Anfangswertes abfällt.
Antrieb (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel-Zahnstangengetriebe (18) so ausgeführt ist, dass der Abfall der Übersetzung in einem Flügelöffnungswinkelbereich von 0° bis 30° über zumindest zwei Zahnflanken und vorzugsweise über drei Zahnflanken abgewälzt wird.
Antrieb (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel-Zahnstangengetriebe (18) so ausgeführt ist, dass die wirksame Hebelarmlänge (R) der ritzelseitigen Verzahnung (24) beim Öffnen des Flügels im Anschluss an den anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich bis zu einem Flügelöffnungswinkel im Bereich von 60° weiter abnimmt.
Antrieb (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel-Zahnstangengetriebe (18) so ausgeführt ist, dass die wirksame Hebelarmlänge (R) der ritzelseitigen Verzahnung (24) beim Öffnen des Flügels im Anschluss an den anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich bis zu einem Flügelöffnungswinkel im Bereich von 60° zumindest im Wesentlichen konstant bleibt.
Antrieb (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel-Zahnstangengetriebe (18) so ausgeführt ist, dass die wirksame Hebelarmlänge der ritzelseitigen Verzahnung beim Öffnen des Flügels im Anschluss an den anfänglichen Flügelöffnungswinkelbereich bis zu einem Flügelöffnungswinkel im Bereich von 60° wieder zunimmt.
Antrieb (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinheit (14) eine Druckfeder mit einer Federrate R < 80 N/mm umfasst.
Antrieb (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel-Zahnstangengetriebe (18) so ausgeführt ist, dass dessen Übersetzung beim Öffnen des Flügels ab einem Flügelöffnungswinkel im Bereich von 60° wieder ansteigt.
Antrieb (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel-Zahnstangengetriebe (18) so ausgeführt ist, dass dessen Übersetzung beim Öffnen des Flügels ab dem Flügelöffnungswinkel im Bereich von 60° bis zum maximalen Flügelöffnungswinkel von insbesondere 180° wieder auf zumindest 60% des Anfangswertes beim Flügelöffnungswinkel von 0° ansteigt.
Antrieb (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ritzelseitige Verzahnung (24) so ausgeführt ist, dass mit dem weiteren Öffnen des Flügels ab dem Flügelöffnungswinkel im Bereich von 60° das Abtriebswellenmoment so ansteigt, dass eine abnehmende Übersetzung einer zwischen der Abtriebswelle (20) und dem Flügel oder Rahmen vorgesehenen, insbesondere einen Hebel oder ein Gestänge umfassenden Kraftübertragungseinrichtung zumindest im Wesentlichen ausgeglichen wird.
Antrieb (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel-Zahnstangengetriebe (18) so ausgeführt ist, dass der Anstieg der Übersetzung im Flügelöffnungswinkelbereich von etwa 60° bis zum maximalen Flügelöffnungswinkel von insbesondere 180° über zumindest zwei Zahnflanken und vorzugsweise über zumindest drei Zahnflanken abgewälzt wird.
Antrieb (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die druckseitigen Zahnflanken (36) der bei Flügelöffnungswinkeln in einem Flügelöffnungswinkelbereich von etwa 60° bis zum maximalen Flügelöffnungswinkel von insbesondere 180° und insbesondere im Bereich des maximalen Flügelöffnungswinkels mit der ritzelseitigen Verzahnung (24) in Eingriff tretenden Zähne (42) der kolbenseitigen Gegenverzahnung (26) jeweils einen Zahnflankenwinkel (a) aufweisen, der kleiner als 20°, vorzugsweise kleiner als 15°, ist.
Antrieb (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Hebelarmlänge (R) der ritzelseitigen Verzahnung (24) beim Öffnen des Flügel bis zu einem Umkehrpunkt (52) zunächst abnimmt und anschließend wieder zunimmt und der Abschnitt der ritzelseitigen Verzahnung (24) mit beim Öffnen des Flügels zunächst abnehmender wirksamer Hebelarmlänge (R) und der Abschnitt der ritzelseitigen Verzahnung (24) mit beim Öffnen des Flügels wieder zunehmender wirksamer Hebelarmlänge (R) jeweils zumindest einen asymmetrischen Zahn (34') aufweisen, wobei ein jeweiliger asymmetrischer Zahn (34') des Abschnitts der ritzelseitigen Verzahnung (24) mit beim Öffnen des Flügels abnehmender wirksamer Hebelarmlänge (R) eine druckseitige Zahnflanke (36) aufweist, deren Zahnflankenwinkel (α_l) kleiner ist als der Zahnflankenwinkel (α_r) der druckabgewandten Zahnflanke (38), und ein jeweiliger asymmetrischer Zahn (34') des Abschnitts der ritzelseitigen Verzahnung (24) mit beim Öffnen des Flügels zunehmender wirksamer Hebelarmlänge (R) eine druckseitige Zahnflanke (36) aufweist, deren Zahnflankenwinkel (α_l) größer ist als der Zahnflankenwinkel (α_r) der druckabgewandten Zahnflanke.
Antrieb (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein jeweiliger Abschnitt der ritzelseitigen Verzahnung (24) mit beim Öffnen des Flügels abnehmender wirksamer Hebelarmlänge (R) und ein jeweiliger Abschnitt der ritzelseitigen Verzahnung (24) mit beim Öffnen des Flügels wieder zunehmender wirksamer Hebelarmlänge (R) zumindest teilweise durch eine beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierende Profilverschiebung und/oder ein beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierendes Modul und/oder beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierende Flankenwinkel und/oder beim Abwälzen über die Wälzkurve entsprechend variierende Krümmungsradien der Zahnflanken der ritzelseitigen Verzahnung (24) erzeugt sind.
Antrieb (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (20) im Bereich des die minimale wirksame Hebelarmlänge (R₀) aufweisenden ritzelseitigen Verzahnungsabschnitts mit einem Hinterschnitt (28) zu dessen angrenzenden Lagerflächen (30) versehen ist und der die minimale wirksame Hebelarmlänge (R₀) aufweisende ritzelseitige Verzahnungsabschnitt einen minimalen Fußkreisradius (R_Fmin) besitzt, der kleiner ist als der Radius (R_L) der angrenzenden Lagerflächen (30) der Abtriebswelle (20).
Antrieb (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (16) als Hohlkolben mit einer Innenverzahnung ausgeführt ist.