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Einrichtung zum Halten einer Schwenktür
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 bezeichneten Art.
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Beispielsweise in der DE-OS 19 48 050 oder der DE-OS 21 02 035 ist
eine derartige Einrichtung beschrieben. Es handelt sich hierbei um Einrichtungen,
die eine Schwenktür motorisch so lange in der Schließlage halten, bis ein Personendetektor
ein Signal abgibt, woraufhin die Tür selbsttätig öffnet. Als Personendetektor dient
üblicherweise eine Kontaktmatte, oder eine Lichtschranke oder ein Radarmelder oder
dergleichen.
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Entscheidend ist, daß diese Geräte die Anwesenheit einer Person erfassen
und dann die Motorsteuerung veranlassen, die Tür zu öffnen. Die bekannten Einrichtungen
halten eine Schwenktür stets mit einer derart hohen Schließkraft in der Tür schließlage,
daß der größte zu erwartende Winddruck die Tür nicht oder nur wenig aufzudrücken
vermag. Wegen dieses starr festgelegten Schließdruckes ist der Einsatz der genannten
Personendetektoren unumgänglich, weil ohne Umschaltung der Motorsteuerung die Tür
nur mit sehr großem Kraftaufwand zu öffnen wäre.
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Diese Personendetektoren sind jedoch aufwendig und verursachen zusätzliche
Montagekosten. Sie haben auch Unzulänglichkeiten in deren Funktionsweise. Sie erfordern
nämlich eine sogenannte Erfassungszone vor und hinter der Tür, die so eingerichtet
sein muß, daß sie nur von den Personen betreten wird, die die Tür passieren wollen.
Eine Tür, die unmittelbar vor einem an der Tür vorbeiführenden Weg liegt, kann mit
den bekannten Einrichtungen nicht ausgestattet werden, weil sie dann unnötig oft
öffnen würde, obwohl die meisten Personen nur vorbeigehen.
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So können aus diesem Grund beispielsweise Korridortüren in Krankenhäusern
etc. häufig nicht mit selbstöffnenden Türanlagen ausgestattet werden, obwohl dies
gerade dort von Vorteil wäre. Um aber sicher zu stellen, daß solche Türen schließen
(um Sichtbelästigung, Zugluft etc. fernzuhalten), werden sie mit Federschließmitteln
ausgestattet. Die Federkraft ist dabei wieder auf den höchsten auftretenden Winddruck
ausgelegt und die Tür muß stets gegen diese große Federkraft von Hand geöffnet werden.
Dies ist für Kinder oder sonstwie geschwächte Personen oftmals ein sehr erhebliches
Hindernis.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 bezeichneten Art so weiterzubilden, daß sie eine Tür zuverlässig
gegen Windkraft geschlossen hält, aber von Personen mühelos die Tür öffnen läßt,
ohne dazu Personendetektoren zu benötigen, die auf die Anwesenheit von Personen
vor und hinter der Tür ansprechen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst. Es wird damit der Motor winddruckabhängig stets so gesteuert
bzw. geregelt, daß der störende Einfluß des Windes kompensiert wird. Dabei kann
die Einstellung so getroffen werden, daß die Motorkraft die Windkraft genau ausgleicht.
Die Tür bleibt dann in jeder Lage so stehen, als ob keine Windkraft auf sie einwirken
würde.
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Es empfiehlt sich jedoch, ein geringes Schließmoment auf die Tür zu
übertragen, welches die Tür sanft in die Schließlage bewegt. Wird an der Tür zu
diesem Zweck noch ein derartiges schwaches Federschließmittel zusätzlich angebracht,
so versteht es sich, daß dann die Einstellung auch so getroffen werden kann, daß
die Motorkraft stets der Federkraft entsprechend etwas kleiner als die entgegengerichtete
Windkraft ist. Wenn die Einstellung dagegen so vorgenommen wird, daß die Motorkraft
in Türschließrichtung stets ein wenig größer ist, als die entgegengerichtete Windkraft,
dann bewegt die Einrichtung die Tür ohne zusätzliche Schließmittel sanft in die
Schließlage.
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Der Begriff Motor umfaßt alle zur steuerbaren Krafterzeugung geeigneten
Mittel und Kombinationen solcher Mittel. So kann der Motor beispielsweise ein Elektromotor
in Kombination mit einer Feder sein, wobei deren Kräfte einander ergänzend oder
gegeneinandergerichtet zur Wirkung gebracht werden. Motorkraft in diesem Sinne ist
demnach die von solchen Mitteln bzw. deren Kombinationen abzuleitende Kraft.
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Eine mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung ausgestattete Tür verhält
sich vorteilhafterweise bei allen Windverhältnissen wie eine normale Tür bei Windstille.
Das heißt, die Tür ist stets mit normalem geringem Kraftaufwand von Hand zu öffnen
und die Türbewegung wird wie bei einer normalen Tür von der durchgehenden Person
kontrolliert. Irgendwelche Sicherheitsschaltungen zum Schutz entgegenkommender Personen
sind daher entbehrlich.
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Wie bei jeder normalen Tür können ergänzend Dämpfeinrichtungen separat
oder in die erfindungsgemäße Einrichtung integriert zur Anwendung kommen, welche
in bekannter Weise die Türbewegung in deren Endstellungen bremsen, um ein heftiges
Auf-oder Zuschlagen zu verhindern.
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Da die Motorsteuerung lediglich von den Winddruckverhältnissen an
der Tür beeinflußt wird, die Anwesenheit von Personen aber nicht erfaßt zu werden
braucht, kann die Einrichtung vorteilhafterweise auch dort verwendet werden, wo
Personen oft unmittelbar an einer Tür vorbeigehen, wie dies insbesondere bei Korridortüren
in Krankenhäusern oder bei Wohnungstüren der Fall ist.
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Eine einfache Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist gemäß
Anspruch 2 als Proportionalsteuerung auszuführen.
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Voraussetzung ist hierbei, wenn die Steuerung nicht zu kompliziert
werden soll, daß die Motorkraft beispielsweise unabhängig von der Türstellung auf
die Tür übertragen wird, da anderenfalls die erforderliche Proportionalität nicht
gegeben ist.
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Der Proportionalitätsfaktor zwischen Signal und Motorstrom sollte'zweckmäßigerweise
einstellbar sein, weil dann die Einrichtung insbesondere an unterschiedliche Türgrößen
angepaßt werden kann.
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Eine hinsichtlich der Motorsteuerung aufwendigere Kraftregelung gemäß
Anspruch 4 bietet den bedeutenden Vorteil, daß die Art des Kractübertragungsmechanismus
vom Motor zur Tür beliebig gestaltet werden kann. So kann insbesondere ein bei sogenannten
obenliegenden Türschließern übliches Gestänge verwendet werden, da dessen türstellungsabhängige
Kraftübertragungscharakteristik ohne Einfluß bleibt. Die erfindungsgemäße Einrichtung
kann somit auch ähnlich wie ein solcher Türschließer ausgebildet und nachträglich
(als Ersatz dafür) an einer Tür montiert werden.
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Gemäß dem weiterbildenden Merkmal des Anspruchs 5 erfolgt die Kraftübertragung
teils über das zweite Sensorelement und überwiegend über ein kräftemäßig parallel
liegendes Stützelement. Damit läßt sich der optimale Arbeitsbereich des Sensorelementes
einhalten, insbesondere wenn die Aufteilung gemäß Anspruch 6 einstellbar gemacht
wird.
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Eine besonders zweckmäßige Ausbildung einer erfindungsgemäßen Einrichtung
ist im Anspruch 7 angegeben.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung in schematischer
Darstellung, Fig. 2 ein Blockschaltbild zu einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 den zum Blockschaltbild nach Fig. 2 gehörigen mechanischen Aufbau, zum Teil
schematisch vereinfacht.
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Gemäß Fig. 1 ist eine Tür 1 an einem zugleich ein Zahnrad 2 tragenden
Lagerzapfen 3 angebracht, der schwenkbar in einem Motorgehäuse 4 gelagert ist. Im
Motorgehäuse 4 ist ein Elektromotor 5 untergebracht, der über ein Zahnrad 6 und
das vorgenannte Zahnrad 2 mit der Tür 1 in antriebsmäßiger Verbindung steht. Das
Motorgehäuse 4 ist in nicht näher dargestellter Weise ausgebildet und beispielsweise
im Fußboden befestigt.
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An der Tür 1 ist ein Sensorelement 7 angebracht, welches ein der Luftdruckdifferenz
von Türaußenseite zu Türinnenseite 9 proportionales elektrisches Signal Us abgibt.
Zur Veranschaulichung ist das Sensorelement 7 als Potentiometer 10 dargestellt,
an dessen Außenanschlüsse 11 und 12 eine Betriebsspannung UB angelegt wird, die
einem von einem Wechselstromnetz gespeisten Netzgerät 13 entnommen wird. Der Schleifkontakt
14 dieses Potentiometers 10 wird von einer unter der Vorspannung einer Feder 15
stehenden Membrane 16 über eine mechanische Koppel 17 bewegt.
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Die Membrane 16 wird entsprechend ihrer Fläche mit einer der Luftdruckdifferenz
entsprechenden Kaft bzw beaufschlagt, die wiederum dem Größenverhältnis zwischen
Membranfläche und Türfläche entsprechend der auf die Tür einwirkenden Windkraft
FW proportional ist. Setzt-man ein lineares Verhalten der Feder 15 und einen linearen
Widerstandsverlauf des Potentiometers 10 voraus, so ist folglich die Größe des Signals
U5 ebenfalls der Windkraft FW proportional.
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Dieses Signal Us wird nun einer an sich bekannten und daher hier nur
schematisch angedeuteten Motorsteuerung 18 zugeführt, welche den Motorstrom JM proportional
zu Us einstellt. Der Proportionalitätsfaktor kann dabei mit dem Einsteller 19 verändert
werden, entsprechend dem jeweiligen Größenverhältnis von Membranfläche zu Türfläche.
Die Einstellung erfolgt dabei so, daß die vom Elektromotor 5 über die Zahnräder
6 und 2 auf die Tür übertragene Motorkraft FM gleich der entgegengerichteten Windkraft
FW ist oder etwas größer als FW ist. Bei letzterer Einstellung wird die Tür 1 mit
der geringen Kraftdifferenz in Schließrichtung beaufschlagt.
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Da die Motorkraft FM vom Sensorelement 7 gesteuert immer proportional
zur Windkraft FW ist und sich diese Kräfte an der Tür zumindest nahezu aufheben,
kann die Tür 1 einerseits von einer Person mühelos geöffnet werden, andererseits
bleibt aber die Tür auch bei großer Windkraft in ihrer Schließlage stehen.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Motorsteuerung 18 als 1-Quadrantensteuerung
schematisch angedeutet. Demnach kann der Elektromotor 5 ein Drehmoment nur nach
einer Drehrichtung abgeben. Für den Fachmann auf dem Gebiet der Steuerelektronik
stellt es jedoch keine Schwierigkeit dar, die Motorsteuerung 18 als 2-Quadrantensteuerung
auszubilden, womit dann der Elektromotor 5 in beiden Drehrichtungen ein Drehmoment
abgeben kann. Eine derart gestaltete Einrichtung kompensiert dann die Windkraft
auch bei wechselnder Richtung.
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Anhand der Fig. 2 wird eine nach dem Prinzip der Kraftregelung arbeitende
Einrichtung erläutert. In dieser Schaltung werden zwei druckempfindliche Sensorelemente
20 und 21 verwendet, und zwar handelt es sich hierbei um Halbleiterbauteile nach
der Art von Transistoren, deren Gehäuseoberseite als Membrane ausgebildet ist. Diese
als PITRAN bezeichneten Elemente, sowie einige Einbau- und Anwendungsbeispiele dazu,
wurden in der Zeitschrift "Industrie - Elektrik + Elektronik", 1970, Heft Nr. 5,
Seiten 102 - 104, beschrieben. Die Anbringung dieser Sensorelemente wird anschließend
anhand Fig. 3 noc erläutert.
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Für das Verständnis der Blockschaltung nach Fig. 2 genügt es zunächst
zu wissen, daß das Sensorelement 20 von der an der Tür herrschenden Luftdruckdifferenz
beaufschlagt wird und dementsprechend die Leitfähigkeit zwischen den Anschlüssen
22 und 23 ändert. Das zweite Sensorelement 21 ist so in den Kraftweg vom Motor zur
Tür eingeschaltet, daß es von einem vorgebbaren Teil der auf die Tür einwirkenden
Motorkraft beaufschlagt wird. Es ändert somit die Leitfähigkeit zwischen seinen
Anschlüssen 24 und 25 entsprechend dieser Kraft.
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Die beiden Halbleiter-Sensorelemente 20 und 21 sind nach Art eines
Differenzverstärkers zusammengeschaltet. Von den hierfür bekanntermaßen erforderlichen
Schaltelementen soll hier lediglich die Stromversorgung 26, welche Betriebsspannungen
+UB1, -UB1 und UB2 liefert, der Transistor 27, der den Gesamtstrom durch die Sensorelemente
20, 21 konstant hält, sowie der Basiswiderstand 28, mit dem der Nullabgleich vorgenommen
wird, erwähnt werden.
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Die Kollektoranschlüsse 29 und 30 der Sensorelemente 20 und 21 sind
mit Eingangsanschlüssen 31 und 32 eines Differenzverstärkers 33 verbunden. Differenzverstärker
sind bekannte Elemente der Elektronik und beispielsweise in der Zeitschrift "Elektronik",
1970, Heft 11, Seite 402, ist eine derartige Schaltung erläutert. Die Ausgangsspannung
UA am Ausgang 34 ist proportional der Differenz der beiden Eingangsspannungen U1
und U2.
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Die Ausgangsspannung UA steuert ein Stellglied 35, dessen Funktion
im Blockschaltbild schematisch angedeutet ist.
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Je nach Polarität von UA verschiebt der Stellmotor 36 den Schleifkontakt
37 des an der Betriebsgleichspannung UB2 liegenden Potentiometers 38 nach oben oder
unten bzw.
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beläßt ihn in seiner jeweiligen Stellung, wenn UA gleich Null ist.
Dementsprechend steht am Ausgang 39 des Stellgliedes 35 eine Steuerspannung Us zur
Verfügung, die eine Leistungsstufe 40 ansteuert. Diese steuert nun den Motorstrom
JM für den Elektromotor 41 abhängig von Us.
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Die Art der Regelung bewirkt nun, daß Us so lange steigt oder sinkt,
bis UA Null ist. Dies ist wieder nur dann der Fall, wenn U1 gleich U2 ist und das
wiederum tritt nur ein, wenn die beiden Sensorelemente 20 und 21 mit dem gleichen
Druck beaufschlagt werden.
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Allgemein gilt also die Regelbedingung: v zu v = FM = fw' v FW Dabei
ist fM der das Sensorelement 21 beaufschlagende Anteil der auf die Tür einwirkenden
Motorkraft FM. Der Proportionalitätsfaktor v repräsentiert das zufolge der konstruktiven
Anordnung und der elektrischen Verstärkerwirkung vorgegebene Verhältnis von U zu
FM In obiger Formel ist weiterhin der das Sensorelement 20 beaufschlagende Anteil
der auf die Tür einwirkenden Windkraft Fw. Der Proportionalitätsfaktor v' repräsentiert
das zufolge des Flächenunterschiedes der Sensormembrane zur gesamten Türfläche vorgegebene
Verhältnis von U1 zu FW.
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Sind v und v' einstellbar, so kann die Einrichtung an jede Türgröße
abgestimmt werden. Die Regelung sorgt dann immer dafür, daß FM gleich FW ist, wobei
natürlich die beiden Kräfte gegeneinander gerichtet auf die Tür wirken. Der "Nullabgleich"
kann zweckmäßigerweise auch so vorgenommen werden, daß U1 gleich U2 ist, obwohl
tatsächlich FM etwas größer als Fw ist. Dann bewirkt die Einrichtung ein sanftes
Schließen der Tür.
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Der mechanische Aufbau der Einrichtung ist in Fig. 3 prinzipmäßig
veranschaulicht. Da die Ausbildung eines Motors und eines zugehörigen Getriebes
an sich bekannt ist, beschränkt sich die Darstellung diesbezüglich nur auf ein Schema.
Von Bedeutung ist vielmehr die Anordnung der Sensorelemente.
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An einer Tür 42 ist eine Tragplatte 43 beispielsweise mittels Schrauben
44 befestigt. Die Tragplatte 43 hält einen Achsbolzen 45, an dem ein Motorgehäuse
46 schwenkbar gelagert ist. Am gegenüberliegenden Ende der Tragplatte 43 ist in
gleicher Weise ein weiterer Achsbolzen 47 gehalten, der von einem schlitzartigen
Lagerauge 48 des Motorgehäuses 46 übergriffen wird. Diese Ausbildung dient somit
als Schwenkbegrenzung. Neben dieser Ausbildung ist in einer Bohrung 49 des Motorgehäuses
46 eine Druckfeder 50 geführt, die sich einenendes an einer verstellbar im Motorgehäuse
46 einschraubbaren Stützplatte 51 und anderenendes an der Tragplatte 43 abstützt.
In der Nähe des Achsbolzens 45 steckt in einer Bohrung 52 des Motorgehäusebodens
53 das in Fig. 2 als Schaltsymbol dargestellte Sensorelement 21, so daß seine Membrandeckfläche
an der Tragplatte 43 anliegt.
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Das andere Sensorelement 20 steckt in einer Hülse 54, die in einer
Bohrung 55 der Tür 42 verankert ist. Diese Bohrung 55 korrespondiert mit Bohrungen
56 und 57 in der Tragplatte 43 und im Motorgehäuseboden 53. Durch diesen Kanal hindurch
führen die Anschlußdrähte 58 vom Sensorelement 20 zu einer im Motorgehäuse 46 angeordneten
Schaltplatine 59, an der die in Fig. 2 umrissene Schaltung untergebracht ist. Das
Sensorelement 21 ist gleichfalls dort angeschlossen.
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Während die Rückseite des Sensorelementes 20 über die Bohrungen 55
und 56 mit der Rauminnenseite beispielsweise in Verbindung steht, ist dessen Membrandeckfläche
unmittelbar der Raumaußenseite zugewandt. Auf das Sensorelement 20 wirkt demnach
ein der Luftdruckdifferenz zwischen Außen und Innen entsprechender Druck ein, der
gemäß der Membranfläche eine
Druckkraft fW erzeugt. Der gleiche
Luftdruck erzeugt entsprechend der Gesamtürfläche an der Tür 42 eine Druckkraft
Fw.
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Im Motorgehäuse 46 ist in nicht näher veranschaulichter Weise der
Elektromotor 41 (vgl. Fig. 2) und eine davon über ein Getriebe 60 antreibbare Abtriebswelle
61 gelagert. Diese ist außerhalb des Motorgehäuses in bekannter Art mit einem zweiteiligen
Schließergestänge 62 verbunden,- das anderenendes in einem an einem Türrahmen 63
befestigten Lagerbock 64 schwenkbar gehalten ist.
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Die Funktion der Einrichtung ist nun dermaßen, daß die vom Sensorelement
20 gemessene Druckkraft fW in der anhand Fig. 2 erläuterten Weise den Elektromotor
41 zur Abgabe eines in Pfeilrichtung 65 wirkenden Drehmomentes veranlaßt. Dieses
Drehmoment bewirkt, daß vermittels des Schließergestänges 62 die Tür 42 mit einer
Kraft FM entgegen der Winddruckkraft FW beaufschlagt wird. Dabei befindet sich im
Kraftweg von der Tür 42 über die Tragplatte 43 zum Motorgehäuse 46 das Sensorelement
21 und die Feder 50, so daß das Sensorelement 21 einen einstellbaren Anteil der
Motorkraft FM mißt. Nach dem zuvor erläuterten Regelprinzip läßt sich dieser Anteil
mittels der Stützplatte 51 durch Verändern der Vorspannung der Feder 50 so einstellen,
daß die auf die Tür 42 einwirkende Motorkraft FM gleich oder etwas größer als die
entgegenwirkende Windkraft FW ist.
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Auch die vorstehende Motorregelung läßt sich auf 2-Quadrantenmotorbetrieb
erweitern. Desgleichen liegt es im routinemäßigen Können eines Elektronikfachmannes,
das Stellglied 35 vollelektronisch zu realisieren - der dargestellte Stellmotor
36 sollte vorwiegend zur besseren Veranschaulichung der Funktion dienen. Zwar würde
das Stellglied 35 in dieser mechanisierten Form prinzipiell funktionieren, doch
ist es etwas zu träge, um beispielsweise raschen Winddruckschwankungen schnell genug
zu folgen. Weiterhin kann die Motorsteuerung auf 4-Quadrantenbetrieb erweitert werden,
so daß der Motor beispielsweise
ab einer bestimmten Bewegungsgeschwindigkeit
der Tür als Generator arbeitet und damit die Türbewegung bremst.