DE3905065A1 - Vorrichtung zum verstellen von fenstern, klappen und dgl. - Google Patents

Vorrichtung zum verstellen von fenstern, klappen und dgl.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kraftbetätigten Verstellen von Fenstern, Klappen und dgl., die Bauwerksöffnungen verschließen, insbesondere als Stellglied in automatischen Rauchabzugs- und Belüftungssystemen, mit einer Zahnstange, einem in die Verzahnung der Zahnstange eingreifend angeordneten Getriebeglied, das von einem Motor angetrieben ist.
In modernen Gebäuden, die meist besonderen brandschutzpolizeilichen Verordnungen unterliegen, sind Stellantriebe anzuordnen, die automatisch im Brandfall Fenster und Klappen verstellen, die zum Abzug von Rauch vorgesehen sind. Sie müssen auch dann noch automatisch bedient werden können, wenn im Brandfalle die Netzversorgung ausgefallen ist. Zu diesem Zwecke werden die Gebäude mit Notstromversorgungen ausgerüstet, die im Niederspannungsbereich arbeiten, wobei mindestens eine Gleichspannung von 24 Volt gewählt wird. Aus der niedrigen Versorgungsspannung resultieren hohe Ströme, so daß die vorzusehenden Leitungen relativ teure Verkabelungen erfordern. Die Kosten derartiger Notstromversorgungssysteme werden weiter nachteilig dadurch erhöht, daß auch die entsprechenden Schaltelemente für die hohen auftretenden Ströme ausgelegt sein müssen.
Ähnliche Probleme ergeben sich auch bei automatischen Belüftungssystemen in Glashäusern oder bei klimatisierten Gebäuden.
Aus ästhetischen Gründen werden die zu verstellenden Klappen oder Fenster häufig sehr großflächig ausgelegt, so daß die aus der Gewichtskraft dieser Elemente resultierenden Stellkräfte den Strombedarf der Stellantriebe weiter nachteilig erhöhen. Das gleiche gilt für Fenster, die aus wärmetechnischen Gesichtspunkten Mehrfachverglasungen aufweisen.
Bekannte Stellantriebe der eingangs genannten Art weisen ein motorgetriebenes Schneckenrad auf, das in eine Verzahnung einer das Fenster verstellenden Stange eingreifend angeordnet ist. Durch die selbsthemmende Wirkung eines solchen Schneckentriebes, kann das Fenster in jeder Stellung arretiert werden. Die Reibung des Schneckenrades mit der Verzahnung bewirkt bei den vorbekannten Stellantrieben jedoch nachteilig hohe Stromverbräuche.
Das gleiche gilt für Stellantriebe, deren Verstellglied eine Gewindespindel ist, die über eine motorgetriebene Spindelmutter verstellt wird.
Schließlich sind stirnradgetriebene Stellantriebe bekannt, die infolge der geringeren Reibung zwischen Ritzel und Zahnstange weniger Strom erfordern.
Diese stirnradgetriebenen Stellantriebe haben jedoch den Nachteil, daß sie nur für relativ geringe Stellkräfte einsetzbar sind, da andernfalls das Haltemoment des Motors überschritten wird, wodurch das Fenster nicht in jeder gewünschten Stellung arretiert werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Stellantrieb für Rauchabzugs- oder Lüftungsklappen und dgl. anzugeben, der bei Niederspannungsversorgung einen möglichst geringen Stromverbrauch aufweisen und die Nachteile bekannter Stellantriebe vermeidet.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäß vorgesehene Feder reicht überraschenderweise aus, um auch größere Fenster in jeder gewünschten Lage zu arretieren.
In Ausgestaltung ist vorgesehen, daß Feder über den Verstellweg eine Kraft aufweist, die an der Motorwelle ein unter dem maximalen Antriebsmoment liegendes Moment bewirkt. Durch diese Maßnahme ist es möglich, den Verstellantrieb auch im nichteingebauten Zustand zu testen und ihn mit dem Motor über den gesamten Verstellweg zu betreiben.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Feder eine Kraft aufweist, die über den Verstellweg ihre Richtung ändert. Dadurch ergibt sich über den gesamten Verstellweg ein besonders gleichmäßiges Lastmoment für den Motor, so daß die Verstellgeschwindigkeit vorteilhaft gleichmäßig ist.
Besonders geeignet sind Federn, die so ausgelegt sind, daß die Feder bei ihrer kürzesten Einzugslänge eine Kraft aufweist, die an der Motorwelle ein Moment bewirkt, das zwischen dem 0,25fachen bis 0,75fachen, vorzugsweise 0,5fachen, des maximalen Motorantriebsmoments liegt.
Auch die Maßnahme, daß die Feder bei ihrer längsten Einbaulänge eine Kraft aufweist, die an der Motorwelle ein Moment bewirkt, das zwischen 0 bis 0,5fachen des maximalen Motorantriebsmomentes liegt, dient der Vergleichmäßigung der Stellgeschwindigkeit.
Dadurch, daß die Feder, insbesondere eine Gasdruckfeder, innerhalb konzentrischer ineinandergesteckter Rohre angeordnet ist, bleibt die Feder geschützt vor nachteiligen Umwelteinflüssen ohne die Abmessungen des gesamten Stellantriebes nachteilig zu erhöhen.
Zur Erleichterung der Montage hat sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft erwiesen, daß die Feder im entspannten Zustand die dreifache Länge gegenüber der kürzesten Einbaulänge aufweist.
Besonders geringe Stromverbräuche ergeben sich, wenn zwischen Motor und Zahnstange ein Stirnradgetriebe wirkend angeordnet ist.
Zur Verwendung in automatisch gesteuerten Rauchabzugs- und Belüftungssystemen ist eine Vorrichtung dann besonders geeignet, wenn sie Kenndaten aufweist, die bei einer Spannungsversorgung von 24 V, einer Last des Stellelementes von 1000 N beim Verstellen um 1 m innerhalb von 45 sec einen gemittelten Strom von kleiner 1 Ampere bewirken.
Eine sichere Arretierung der zu verstellenden Klappe ergibt sich in jeder gewünschten Stellung und auch bei höheren Klappengewichten dann, wenn das Getriebe eine Bremse aufweist.
Dadurch, daß in weiterer Ausgestaltung die Bremse nur in einer Richtung wirkend ausgebildet ist, kann der Stellantrieb auch Klappen mit höherem Gewicht betätigen.
Eine besonders kostengünstige Konstruktion ergibt sich dann, wenn die Bremse als gebremste Scheibe ausgebildet ist, die über einen Freilauf mit einer Achse des Getriebes gekoppelt ist.
Dadurch, daß in weiterer Ausgestaltung die Bremse ein das Motorantriebsmoment unterschreitendes Bremsmoment aufweist, ist es möglich, den Stellantrieb auch ohne Last bereits im Herstellwerk zu testen.
Für einige Anwendungsfälle können die Kosten der Vorrichtung dadurch gesenkt werden, daß sie keine der Gewichtskraft entgegenwirkende Feder aufweist.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die Figur zeigt
Fig. 1 einen eingebauten Stellantrieb in schematischer Darstellung,
Fig. 2 die Antriebselemente in schematischer Darstellung und
Fig. 3 ein Diagramm der an der Motorwelle wirkenden Momente in Abhängigkeit des Betriebszustandes.
In Fig. 1 bedeutet 1 eine Öffnung, die in einer waagerechten Decke eines Gebäudes 2 angeordnet ist und durch ein Fenster 3 verschlossen werden kann. Der Stellantrieb 4 ist über Schwenklager 5 und 6 mit dem Fenster bzw. dem Gebäude verbunden.
Der Stellantrieb besteht aus zwei konzentrisch ineinandergesteckten Rohren 7 und 8, wobei das Rohr 7 außen eine Verzahnung 9 trägt, in die ein Ritzel 10 eingreift. Das Ritzel 10 ist ausgangsseitig mit einem Getriebe 11 verbunden, das eingangsseitig vom Motor 12 angetrieben wird. Das Gehäuse des Getriebes 11 ist fest mit dem äußeren Rohr 8 verbunden.
Auf einer Achse des Getriebes 11 ist eine Bremsscheibe 13 angeordnet, auf die die Reibelemente 14 wirken.
Sobald das Fenster 3 aus der horizontalen Lage nach oben verstellt wird, wirkt die Gewichtskraft des Fensters über Lager 5 auf das äußere Rohr 7. Im Inneren des Rohres ist die vorgespannte Feder 15 angeordnet, die sich auf der einen Seite im äußeren Rohr 8 und auf der anderen Seite im Innenrohr 7 abstützt. Die Kraft der Feder 15 wirkt der Gewichtskraft des Fensters 3 in Teilbereichen des Verstellweges entgegen. Das in die Verzahnung 9 des Rohres 7 eingreifende Ritzel 10 muß folglich ein Moment aufbringen, das imstande ist, die Differenz aus der Gewichtskraft und der Kraft der Feder 15 zu überwinden. Je weiter das Fenster 3 in seine vertikale Lage geschwenkt wird, desto geringer wird die auf den Stellantrieb 4 wirkende Komponente der Gewichtskraft des Fensters 3. Beim Aufschwenken verringert sich die Kraft der Feder 15, da sie sich gleichzeitig mit dem Ausfahren des inneren Rohres 7 längt. Die Feder kann so dimensioniert sein, daß ihre Kraft über den Schwenkwinkel des Fensters 3 die Richtung wechselt. Als Folge daraus kann sie bei voll aufgeschwenktem Fenster sogar eine das Ritzel 10 weiter belastende Zugkraft zwischen dem Innenrohr 7 und dem äußeren Rohr 8 bewirken.
Je nach Einbaulage des Fensters 3 kann die Feder so gewählt werden, daß sie die aus der Gewichtskraft resultierende Komponente, die auf das Ritzel 10 wirkt, weitgehend kompensiert.
In Fig. 2 ist schematisch ein Schnitt durch die Antriebseinheit dargestellt, wobei, wie auch in Fig. 1, der Übersichtlichkeit halber das äußere Gehäuse nicht dargestellt ist. Der Motor 12 treibt über Stirnradpaarungen 16, 17, 18 des Getriebes das ausgangsseitig angeordnete Ritzel 10 an. Das Ritzel 10 greift in die Verzahnung 9 des inneren Rohres 7 ein. Im Rohr 7 ist die Feder mit 15 bezeichnet. Konzentrisch zum inneren Rohr 7 ist das äußere Rohr 8 angeordnet, das über Schwenklager 6 mit dem Gebäude 2 verbunden ist. Das Getriebe 11 ist fest mit dem äußeren Rohr 8 verbunden.
Möglichst nahe an der Eingangsseite des Getriebes 11 ist auf der Welle 19 die Bremsscheibe 13 angeordnet, die mittels Freilauf 20 mit der Welle 19 verbunden ist. Die Reibelemente 14 wirken beidseitig auf die Bremsscheibe 13 und bremsen diese mit der Kraft der Feder 21. Zur Aufnahme der Reaktionskräfte aus dem Bremsmoment sind die Reibelemente 14 mit dem Getriebegehäuse 11 verbunden. Der Freilauf ist so eingebaut, daß er beim Einfahren des Stellantriebes klemmt und dabei auf die Bremse wirkt.
In Fig. 3 sind schematisch die an der Motorwelle wirkenden Momente M über den Schwenkwinkel α des Fensters aufgetragen. Die Beträge der Momente dienen nur zur Verdeutlichung der funktionalen Zusammenhänge und stimmen nicht mit den wirklich auftretenden Momenten überein.
Die linke Hälfte der Fig. 3 stellt die Verhältnisse beim Öffnen dar, die rechte Hälfte beim Schließen. Momente, die dem Öffnen entgegenwirken, sind nach unten aufgetragen.
Der Schwenkwinkel O entspricht der Horizontallage des Fensters. Aus dem Gewicht des Fensters resultiert über den Stellweg ein Moment M G. Der Motor kann jedoch nur ein maximales Moment entsprechend der mit M M bezeichneten Linie abgeben, das zum Öffnen des Fensters nicht ausreicht. Aus der erfindungsgemäß vorgesehenen Kraft der Feder resultiert ein entsprechendes Moment M F , daß sich mit dem Moment M G zu einem Lastmoment M I überlagert. Das Lastmoment M L ist geringer als das maximale Moment M M des Motors, so daß der Motor das Fenster zu öffnen imstante ist.
Die Momente zeigen nur den statischen Fall. Momente aus Beschleunigungskräften fehlen der Übersichtlichkeit halber.
Die rechte Hälfte der Fig. 3 stellt den Verlauf der Momente während des Schließvorgangs dar. In der Ruhelage weist das Getriebe mit Motor infolge innerer Reibung ein Haltemoment entsprechend der gestrichelt dargestellten Linie M H auf. Dieses Haltemoment ist kleiner als der Momentenverlauf M I während des Öffnens. Deshalb würde das Fenster bei nicht angesteuertem Motor selbsttätig schließen.
Diesem Betriebszustand wirkt die erfindungsgemäß vorgesehene Bremse entgegen, deren Momentverlauf mit M R dargestellt ist. Dadurch ergibt sich während des Schließens ein resultierendes Lastmoment M I , das das Fenster in jeder gewünschten Stellung arretiert. Erst durch Umsteuern des Motors wirkt das Motormoment M M , das das Lastmoment M I übersteigt und dadurch das Fenster schließt.
Es wurde somit ein Stellantrieb geschaffen, der trotz geringsten Energieaufwandes auch schwere Fenster, Klappen und dgl. schnell und zuverlässig verstellen kann und die Notstromversorgung von Gebäuden schont. Die Erfindung soll jedoch nicht auf Niederspannungsantriebe beschränkt sein. Ihre Vorteile entfalten sich auch beispielsweise bei Antrieben, die aus dem normalen Netz gespeist werden.
Bezugszeichenliste
1 Öffnung
2 Gebäude
3 Fenster
4 Stellantrieb
5 Schwenklager
6 Schwenklager
7 inneres Rohr
8 äußeres Rohr
9 Verzahnung
10 Ritzel
11 Getriebe
12 Motor
13 Bremsscheibe
14 Reibelemente
15 Feder
16 Stirnradpaarung
17 Stirnradpaarung
18 Stirnradpaarung
19 Welle
20 Freilauf
21 Feder
M Moment
M L  Lastmoment
M R  Reibmoment
M F  Federmoment
M G  Gewichtsmoment
M H  Haltemoment
α Öffnungswinkel

Claims (14)

1.Vorrichtung zum kraftbetätigten Verstellen von Fenstern, Klappen und dgl., die Bauwerksöffnungen verschließen, insbesondere als Stellglied in automatischen Rauchabzugs- und Belüftungssystemen, mit einer Zahnstange, einem in die Verzahnung der Zahnstange eingreifend angeordneten Getriebeglied, das von einem Motor angetrieben ist, da­ durch gekennzeichnet, daß parallel zur Zahnstange (9) eine der Gewichtskraft mindestens auf Teilbereichen des Verstellweges entgegenwirkende Feder (15) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Feder (15) über den Verstellweg eine Kraft aufweist, die an der Motorwelle ein unter dem maximalen Antriebsmoment liegendes Moment bewirkt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Feder (15) eine Kraft aufweist, die über den Verstellweg ihre Richtung ändert.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Feder (15) bei ihrer kürzesten Einzugslänge eine Kraft aufweist, die an der Motorwelle ein Moment bewirkt, das zwischen dem 0,25fachen bis 0,75 fachen, vorzugsweise 0,5fachen, des maximalen Motorantriebsmoments liegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Feder (15) bei ihrer längsten Einbaulänge eine Kraft aufweist, die an der Motorwelle ein Moment bewirkt, das zwischen 0 und 0,5fachen des maximalen Motorantriebsmomentes liegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Feder (15), insbesondere eine Gasdruckfeder, innerhalb konzentrischer ineinandergesteckter Rohre (7, 8) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (15) im entspannten Zustand die dreifache Länge gegenüber der kürzesten Einbaulänge aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Motor (12) und Zahnstange (9) ein Stirnradgetriebe (11) wirkend angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie Kenndaten aufweist, die bei einer Spannungsversorgung von 24 V, einer Last des Stellelementes von 1000 N beim Verstellen um 1 m innerhalb von 45 sec einen gemittelten Strom von kleiner 1 Ampere bewirken.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Getriebe (11) eine Bremse (13, 14, 20, 21) aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bremse (13, 14, 20, 21) nur in einer Richtung wirkend ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bremse (13, 14, 20, 21) als gebremste Scheibe (13) ausgebildet ist, die über einen Freilauf (20) mit einer Achse des Getriebes (11) gekoppelt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bremse (13, 14, 20, 21) ein das Motorantriebsmoment unterschreitendes Bremsmoment aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10, 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie keine der Gewichtskraft entgegenwirkende Feder (15) aufweist.
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