DE3905065C2 - - Google Patents

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DE3905065C2
DE3905065C2 DE3905065A DE3905065A DE3905065C2 DE 3905065 C2 DE3905065 C2 DE 3905065C2 DE 3905065 A DE3905065 A DE 3905065A DE 3905065 A DE3905065 A DE 3905065A DE 3905065 C2 DE3905065 C2 DE 3905065C2
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Helmut Dipl.-Ing. 2000 Tangstedt De Kern
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DINGFELDER and HADLER 2000 HAMBURG DE
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kraftbetätigten Verstellen von Fenstern, Klappen oder 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 über ein Stirnradgetriebe von einem Motor angetrieben ist und welche Vorrichtung eine Bremse aufweist.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 24 05 021 bekannt.
Die vorbekannte Vorrichtung unterscheidet sich jedoch von der Erfindung dadurch, daß die vorgesehene Bremse nur bei abgeschaltetem Elektromotor wirkt. Desweiteren wirken die vorgesehenen Federn nur als Endlagendämpfung.
Nachteilig ist, daß die Bremsvorrichtung elektrisch aktiviert werden muß und daher zusätzliche Ansteuerungsvorrichtungen erfordert. Ferner wirkt bei gewichtsbelastetem Betrieb, beispielsweise bei Dachfenstern, in einer Richtung kein Lastmoment auf den Motor, so daß die Schließ- und Öffnungsvorgänge zeitlich stark variieren können.
Die FR-OS 22 93 558 beschreibt eine Vorrichtung zum kraftbetätigten Verstellen einer schweren um eine horizontale Achse schwenkbaren Klappe, beispielsweise für Panzerwagen, die als Stellglied eine Gewindespindel verwendet. Dieser Spindeltrieb ist selbsthemmend ausgebildet, so daß sich das Problem der Bremsung nicht stellt. Nachteilig ist, daß die verwendeten Spindeltriebe höhere Reibung aufweisen und somit mit geringerem Wirkungsgrad betrieben werden als Zahnstangenantriebe.
Die DE-AS 11 28 325 betrifft eine Antriebsvorrichtung für die Flügel von Türen mit einem selbsthemmenden Getriebe. Ein vorgesehener Freilauf und eine Rutschkupplung dienen zur Handbetätigung der zu verstellenden Elemente. Der Türflügelantrieb soll ein einwandfreies Schließen bis in die Endlage ermöglichen. Zur Dämpfung der Flügelbewegung werden vorzugsweise hydraulische Dämpfungsvorrichtungen vorgeschlagen.
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 Brandfall 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.
Stirnradgetriebene Zahnstangen haben 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, ausgehend von der DE-OS 24 05 021, einen Stellantrieb anzugeben, der bei Unterbrechen der Stromversorgung, insbesondere bei Niederspannungsversorgung, in der jeweiligen Lage anhält, ohne aufwendige zusätzliche elektrische Schalteinrichtungen zu benötigen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Eine sichere Arretierung der zu verstellenden Klappe ergibt sich in jeder gewünschten Stellung und auch bei höheren Klappengewichten mit einem eine Bremse aufweisenden Getriebe. Dadurch, daß 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.
Mit einer parallel zur Zahnstange auf dem gesamten Verstellweg wirkenden Feder, die der Gewichtskraft mindestens auf Teilbereichen des Verstellweges entgegenwirkt, ergibt sich ein geringeres und gleichmäßigeres Lastmoment für den Motor, was besonders bei größeren Fenstern vorteilhaft 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 und dem 0,5fachen des maximalen Motorantriebsmomentes liegt, dient der Vergleichmäßigung der Stellgeschwindigkeit.
Dadurch, daß die Feder, insbesondere eine Gasdruckfeder, innerhalb konzentrisch 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.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten 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 innere 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 somit 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 MG. Der Motor kann jedoch nur ein maximales Moment entsprechend der mit MM bezeichneten Linie abgeben, das zum Öffnen des Fensters nicht ausreicht. Aus der erfindungsgemäß vorgesehenen Kraft der Feder resultiert ein entsprechendes Moment MF, daß sich mit dem Moment MG zu einem Lastmoment ML überlagert. Das Lastmoment ML ist geringer als das maximale Moment MM des Motors, so daß der Motor das Fenster zu öffnen imstande 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 MH auf. Dieses Haltemoment ist kleiner als der Momentenverlauf ML während des Öffnens. Deshalb würde das Fenster bei nicht angesteuertem Motor selbsttätig schließen.
Diesem Betriebszustand wirkt die erfindungsgemäß vorgesehene Bremse entgegen, deren Momentverlauf mit MR dargestellt ist. Dadurch ergibt sich während des Schließens ein resultierendes Lastmoment ML, das das Fenster in jeder gewünschten Stellung arretiert. Erst durch Umsteuern des Motors wirkt das Motormoment MM, das das Lastmoment ML übersteigt und dadurch das Fenster schließt.
Es wurde somit ein Stellantrieb geschaffen, der trotz geringsten Energieaufwandes auch schwere Fenster, Klappen oder dgl. 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.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum kraftbetätigten Verstellen von Fenstern, Klappen oder 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 über ein Stirnradgetriebe von einem Motor angetrieben ist, und welche Vorrichtung eine Bremse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse (13, 14, 20, 21) auf ein Getriebeglied (11) wirkt und daß bei einer Verstellung der Fenster, Klappen oder dgl. (3) in Richtung ihrer Gewichtskraft die Bremse (13, 14, 20, 21) ständig wirkt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch 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.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Zahnstange (9) eine auf dem gesamten Verstellweg wirkende Feder (15), die der Gewichtskraft mindestens auf Teilbereichen des Verstellweges entgegenwirkt, vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch 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 0,75fachen, vorzugsweise 0,5fachen, des maximalen Motorantriebsmoments liegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (15) bei ihrer längsten Einbaulänge eine Kraft aufweist, die an der Motorwelle ein Moment bewirkt, das zwischen 0 und dem 0,5fachen des maximalen Motorantriebsmomentes liegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (15), insbesondere eine Gasdruckfeder, innerhalb konzentrisch 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.
DE3905065A 1989-02-18 1989-02-18 Vorrichtung zum verstellen von fenstern, klappen und dgl. Granted DE3905065A1 (de)

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