DE19817399C2

DE19817399C2 - Schwenkantrieb zum Betätigen von Türen und Fenstern

Info

Publication number: DE19817399C2
Application number: DE19817399A
Authority: DE
Inventors: Peter Kisters; Georg Kraft; Gerhard Wagner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-04-21
Filing date: 1998-04-20
Publication date: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2018-04-21
Also published as: DE19817399A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwenkantrieb für Türen oder Fenster gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Formgedächtnislegierungen, bei denen eine diffusionslose Festkörperreaktion eine reversible Formänderung hervorruft, sind seit der Mitte der 80er Jahre bekannt. In den letzten 10 Jahren wurden sowohl neue Formgedächtnislegierungen entwickelt als auch vermehrt neue Anwendungen in den verschiedensten technischen Berei chen gefunden (G. Kubla, M. Mertmann, D. Treppmann; Legierungen mit Formge dächtnis - Entwicklungsstand und Perspektiven in Deutschland; Metall. 49. Jahrgang. Heft 3. 1995). In "Legierungen mit Formgedächtnis - Neue Werkstoffe für die Technik der Zukunft" (Metall, 41. Jahrgang, Heft 5) von E. Hornbogen werden allgemeine Hinweise zu Formgedächtnislegierungen in technischen Anwendungen beschrieben. Die Betätigung von Türen oder Fenstern wird in Zusammenhang gebracht mit dem reinen Zweiwegeffekt, bei dem durch äußere Temperaturänderung eine Verformung des Stellgliedes und damit ein Öffnen und Schließen von z. B. Fenstern von Ge wächshäusern hervorgerufen wird.

Aus der DE 38 23 487 C2 ist ein gattungsgemäßer Türantrieb bekannt, der als Aktor über einen Elektromotor verfügt, dessen Drehbewegungen über ein in axialer Verlän gerung der Antriebseinheit angeordnetes Getriebe eine Bewegung der Tür hervorruft. Die gegensinnige Bewegung der Tür wird durch einen mechanischen Kraftspeicher realisiert.

Einen weiteren Antrieb zeigt das US 5396769 A. Über zwei spiralförmig gewickelte Formgedächtnisdrähte können durch Temperaturänderungen Bewegungen der Ab triebswelle hervorgerufen werden. Durch die gegensinnige Anordnung der Formge dächtniselemente ist eine Verdrehung in zwei Richtungen möglich. Die Formgedächt niselemente, die sich translatorisch verformen, greifen an einem Hebelarm zur Welle an und erzeugen so indirekt über eine Zugkraft ein Torsionsmoment, wobei jeweils ein Element das zweite verformt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schwenkantrieb zum Betätigen von Türen oder Fenstern derart weiterzubilden, daß eine einfache und kompakte Konstruktion ermöglicht wird, die mit möglichst wenig Bauteilen und geringem Fertigungs- und Montageaufwand eine hohe Einsatzzuverlässigkeit ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Aufgrund der Verwendung von Formgedächtnislegierungen für mindestens ein Bau teil des Schwenkantriebes werden durch Heizen, Kühlen und oder äußeres Belasten desselben reversible Festkörperreaktionen erreicht, so daß ein Stellglied durch eine Rotationsbewegung mindestens zwei verschiedene Positionen einnimmt. Das Form gedächtniselement soll, um eine kompakte Bauweise zu ermöglichen, als Torsions stab ausgebildet werden und so direkt im Drehpunkt des zu bewegenden Flügels eingesetzt werden.

Durch die äußerst kompakte Bauweise des neuartigen Schwenkantriebes kann die ser vielfältig mit Vorteil eingesetzt werden, vorzugsweise für Tür- oder Fensterantrie be. Weitere Einsatzmöglichkeiten als Stellglied im allgemeinen Maschinenbau sowie als Spannglied im Werkzeugmaschinenbau sind denkbar.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Einbausituation der Tür und die Zu ordnung der Führung und des Schwenkantriebes.

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des zur Führung notwendigen konventionellen Türscharnieres.

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Schwenkantriebes, ausgeführt als Antrieb mit einem Formgedächtnisstab und fluider Aktivierung.

Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Schwenkantriebes, ausgeführt als Antrieb mit einem Formgedächtnisstab und elektrischer Aktivierung.

Fig. 5 eine Schnittdarstellung des Schwenkantriebes, ausgeführt als Antrieb mit zwei Formgedächtnisstäben und fluider Aktivierung der Stäbe.

Fig. 6 eine Schnittdarstellung des Schwenkantriebes, ausgeführt als Antrieb mit zwei Formgedächtnisstäben und elektrischer Aktivierung.

Fig. 7 einen nach der Erfindung ausgebildeten Schwenkantrieb als in den Bo den eingelassene Variante.

Fig. 8 einen nach der Erfindung ausgebildeten, in den Boden eingelassenen Schwenkantrieb, der durch die Verwendung eines Getriebes Übersetzungsmög lichkeiten bietet.

In Fig. 1 ist die schematische Einbausituation der Tür gezeigt. Die Tür (1) ist durch das konventionelle Türscharnier (3) und den Schwenkantrieb (4) mit dem Rahmen (2) verbunden.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für ein konventionelles Türscharnier. Die Tür (1) ist durch die Anbindung zum Türblatt (8) mit der Führung (6) verbunden, die drehbar um den Bolzen (9) gelagert ist. Dieser Bolzen (9) wird durch die obere Führung (5) und die untere Führung (7) aufgenommen. Die Führungen (5) und (7) sind über die Anbin dung (10) zum Rahmen (2) mit dem Fundament verbunden.

In Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung des Schwenkantriebes verdeutlicht. Das Form gedächtniselement (20) ist als Stab mit Rohrquerschnitt ausgebildet, um das zum Heizen/Kühlen erforderliche Medium vom Zulauf (13) des Mediums zum Ablauf (19) zu leiten. Zu- und Ablauf sind durch Einschraubnippel (18) mit der oberen Einspan nung (14) des Formgedächtniselementes bzw. der unteren Einspannung (26) verbun den. Eine Einspannung, in diesem Darstellungsfall die obere Einspannung (14), ist durch eine Anbindung (10) mit dem Rahmen verbunden. Die andere Einspannung (hier 26) ist mit dem Türblatt über die Anbindung (17) verbunden. Die Anbindung ist in diesem Fall als stoffschlüssige Ausführung dargestellt, kann aber auch, je nach Art des Türblattes, formschlüssig oder reibschlüssig erfolgen. Der in Fig. 3 gezeigte Schwenkantrieb wird durch die Rückstellfeder (15) vorgespannt, indem das Formge dächtniselement (20) verdreht wird. Wird das Formgedächtniselement aufgeheizt bzw abgekühlt, was von der Einstellung des Materials und den umgebenden Bedingungen abhängig ist, so wechselt dieser seinen Gefügezustand und verdreht sich, wodurch sich der Öffnungswinkel der Tür ändert.

Fig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung des Schwenkantriebes mit elektrischer Akti vierung. Das Formgedächtniselement (20) ist in dieser Ausführungsvariante nicht mehr als rohrförmiger Stab ausgebildet, sondern weist einen Kreisquerschnitt auf. Die elektrische Aktivierung erfolgt durch die Leitungen (22), die mit dem Aktor (20) ver bunden sind. Zur Unterbrechung der Leitfähigkeit zwischen Aktor (20) und den Ein spannungen (14) und (27) werden Isolatoren (25) eingesetzt. Das Formgedächtnis element ist durch die Rückstellfeder (15) über die Verbindung (21) verdreht. Durch die Aktivierung und die dadurch hervorgerufene Änderung des Gefügezustandes des Aktors verändert dieser seine Position und den Öffnungswinkel der Tür.

Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung eines Schwenkantriebes mit zwei Formgedächt nisstäben (20), die beide einen Rohrquerschnitt aufweisen. Durch die Wahl von zwei Aktoren kann der Zulauf (13) und der Ablauf (19) des Heiz-/Kühlmediums ortsfest vorgesehen werden. Der Zulauf (13) ist mit der oberen Einspannung (14) des Form gedächtnisstabes verbunden, der Ablauf (19) mit der unteren Einspannung (14) jeweils über die Einschraubnippel (18) verbunden. Beide Einspannungen sind mit dem Rahmen über die Anbindung (10) verbunden und drehen sich damit im Betrieb des Antriebes nicht mit. Die Anbindung der Einspannung (16) an die Tür erfolgt über das Bauteil (17). Der Aktor ist durch die Rückstellfeder (15), die hier wie in allen anderen Figuren als Drehfeder dargestellt wird, jedoch auch andere Formen haben kann, vorgespannt. Die Verbindung zwischen Einspannung (16) und Rückstellfeder erfolgt über den abgewinkelten Federdraht (21).

Fig. 6 zeigt schematisch die Schnittdarstellung eines Schwenkantriebes mit zwei Formgedächtnisstäben (20) mit kreisförmigem Querschnitt. Durch die obere und untere Einspannung (23) können die elektrischen Leitungen (22) ortsfest montiert werden. Beide Einspannungen sind über die Anbindung (10) mit dem Rahmen ver bunden. Die mittlere Einspannung (24) ist über die Anbindung (17) mit der Tür ver bunden. Zur Trennung der Leitfähigkeit zwischen den Einspannungen (23) und (24) werden Isolatoren aus einem nicht leitfähigen Werkstoff vorgesehen. Die Rückstell feder spannt die Formgedächtniselemente über die Verbindung (21) vor.

In Fig. 7 ist die schematische Schnittdarstellung eines in den Boden (28) eingelas senen Schwenkantriebes dargestellt. Durch die Verlagerung des Antriebs in den Boden kann der sichtbare Anteil des Antriebes auf wenige Bauteile begrenzt werden. Der Antrieb besteht aus einer mit dem Boden (28) verbundenen Einspannung (29). Die obere Einspannung (31) ist über die Anbindung (17) mit der Tür (1) verbunden. Zur Führung der oberen Einspannung kann eine Führung (30), die mit dem Rahmen (2) verbunden ist, vorgesehen werden. Diese verhindert ein Ausbrechen des - Schwenkantriebes aus der Drehachse. Über die Leitungen (22) wird die elektrische Aktivierungsenergie zum Formgedächtniselement (20), das einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, geleitet. Durch Isolatoren (25) wird die Leitfähigkeit zu den Einspannungen (29) und (31) verhindert. Die mechanische Vorspannung wird durch die Rückstellfeder (15) gewährleistet.

Fig. 8 zeigt einen schematisch dargestellten Schwenkantrieb in Schnittdarstellung. Die Verlagerung des Antriebs in den Boden reduziert die Anzahl der sichtbaren Bau teile auf eine Minimum. Zusätzlich ist hier durch ein zusätzliches Getriebe, bestehend aus dem Ritzel (33) und dem Rad (32) eine Anpassung des Bewegungsvorgangs an z. B. Normvorgaben möglich. Dargestellt ist ein Kegelradgetriebe, wodurch zusätzlich eine Verlagerung der Drehachsen möglich ist. Durch die Einspannung (29) wird eine Verbindung zum Boden (28) hergestellt. Eine weitere Einspannung ist als Zahnritzel ausgebildet (33). Durch den Formgedächtnisstab (20) sind diese beiden Einspannun gen verbunden. Die elektrische Aktivierung erfolgt über die Leitung (22), wobei die elektrische Leitung durch die eingesetzten Isolatoren (25) auf den Formgedächtnis stab begrenzt bleibt. Zur Positionierung der beiden Getriebebauteile (32) und (33) zueinander wird eine Lagerung bestehend aus den Lagern (35) und dem Lagersitz (34) vorgesehen. Die Übertragung der Drehbewegung auf die Tür (1) erfolgt direkt über die Zahnradwelle (32) und die Anbindung (17). Der Rahmen (2) wird nicht für die Anbindung von Bauteilen benötigt, da durch die Lagerung der Zahnradwelle gleich zeitig die Führung der Tür (1) übernommen wird. Der Antrieb wird durch eine Rück stellfeder (15), hier als Drehfeder dargestellt, vorgespannt. Durch eine Aktivierung tordiert der Formgedächtnisstab (20) in eine andere Position, spannt dabei die Feder weiter und öffnet über das Getriebe die Tür (1).

Bezugszeichen

1

Türblatt

2

Rahmen

3

Türantrieb

4

oberes Türscharnier

5

obere Führung des oberen Türscharniers

6

Führung der Tür

7

untere Führung des oberen Türscharniers

8

Anbindung zum Türblatt

9

Drehbolzen

10

Anbindung zum Rahmen

11

Verbindungsplatte zwischen Lager und Tür

12

Verbindungsplatte zwischen Lager und Rahmen

13

Zulauf des Heiz-/Kühlmediums

14

obere Einspannung des FG-Elementes (bei fluider Aktivierung)

15

Rückstellelement, z. B. Drehfeder/Schenkelfeder

16

Einspannung des FG-Elementes zur Tür (bei fluider Aktivierung)

17

Anbindung zum Türblatt

18

Einschraubnippel für Heiz-/Kühlschläuche

19

Ablauf des Heiz-/Kühlmediums

20

FG-Element

21

Verbindung zwischen Rückstellelement und Einspannungen

22

elektrische Zuleitung

23

obere Einspannung des FG-Elementes (bei elektrischer Aktivierung)

24

Einspannung des FG-Elementes zur Tür (bei elektrischer Aktivierung)

25

Isolator

26

Einspannung des FG-Elementes zur Tür (bei Verwendung nur eines FG-Stabes und elektrischer Aktivierung)

27

Einspannung des FG-Elementes zur Tür (bei Verwendung nur eines FG-Stabes und fluider Aktivierung

28

Boden

29

Einspannung des FG-Elementes am Boden

30

obere Führung

31

Einspannung des FG-Elementes an der Tür

32

Zahnradwelle zur Tür

33

Ritzelwelle zum FG-Element

34

Lagersitz/Gehäuse

35

Lager

Claims

1. Schwenkantrieb für Türen oder Fenster, der mittels Formgedächtnisdrähten eine Drehbewegung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das Formgedächtnis element als Torsionsstab ausgebildet ist, der über ein mechanisches System vorgespannt wird.

2. Schwenkantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mecha nische System ein hydraulisches, pneumatisches oder elektromagnetisches System ist.

3. Schwenkantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsions stab mit einem Rohr- oder Kreisquerschnitt ausgebildet ist.

4. Schwenkantrieb nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsstab elektrisch beheizt wird.

5. Schwenkantrieb nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsstab durch Wärmestrahlung beheizt wird.

6. Schwenkantrieb nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsstab durch Wärmeübergang mit Festkörperkontakt beheizt oder gekühlt wird.

7. Schwenkantrieb nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsstab durch flüssige oder gasförmige Medien beheizt oder gekühlt wird.

8. Schwenkantrieb nach einem oder mehreren weiter oben genannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Formgedächtniselement aus mehreren Tor sionsstäben gebildet wird, um verschiedene Positionen anzufahren.

9. Schwenkantrieb nach einem oder mehreren weiter oben genannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Formgedächtniselement aus zwei gegensinnig rotierenden Torsionsstäben mit vorzugsweise Rohr- oder Kreisquerschnitt aus Formgedächtnislegierungen besteht.

10. Schwenkantrieb nach einem oder mehreren weiter oben genannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsstab an einer Seite mit einer Verzah nung versehen ist oder an ein Zahnrad angebunden wird.

11. Schwenkantrieb nach einem oder mehreren weiter oben genannten Ansprüchen als Türantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß dieser im Boden, in der Tür oder dem Rahmen angebracht ist.