DE4444131A1 - Antrieb für eine Tür oder ein Fenster - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine Tür oder ein Fenster, vorzugsweise Türschließer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 36 38 353 ist ein derartiger Türschließer bekannt. Um einen besonders günstigen Momentenverlauf zu erhalten, ist ein unrundes Ritzel mit einer im wesentlichen eiförmigen Rollkurve verwendet, die einen relativ schnellen Abfall des Übersetzungsverhältnisses bei kleinen Türöffnungswinkeln ergibt.

Aus der DE-GM 93 19 547 ist ein Türschließer mit einem ähnlichen Ritzel- Zahnstangengetriebe bekannt. Das Ritzel weist eine ähnliche Rollkurve auf, welche im wesentlichen spiralförmig verläuft, also ebenfalls um die Ritzeldrehachse nach außen gekrümmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Türschließer der eingangs ge­ kannten Art so auszubilden, daß ein besonders starker Abfall des Überset­ zungsverhältnisses über einen relativ kleinen Bereich des Drehwinkel des Rit­ zels sich ergibt.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Durch den linearen oder konkaven Verlauf der Rollkurve ergibt sich ein wesentlich stär­ kerer Abfall als bei den bekannten Türschließergetrieben, die jeweils relativ zur Ritzeldrehachse nach außen konvex gekrümmt verlaufen.

Im nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele anhand von Figuren erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Türschließers;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des in dem Türschließer in Fig. 1 zur Anwendung kommenden Ritzel-Zahnstangengetriebes bei einer Stellung des Ritzels mit Achsdrehwinkel von 0 Grad, Schließstel­ lung der Tür;

Fig. 3-5 entsprechende Darstellungen wie in Fig. 2, jedoch mit unter­ schiedlichen Stellungen des Ritzels mit Achsdrehwinkel von 30 Grad (Fig. 3) bzw. 90 Grad (Fig. 4) bzw. 180 Grad (Fig. 5), bei entsprechend fortschreitend geöffneter Tür;

Fig. 6-10 vergrößerte Darstellungen des Getriebes in Fig. 1 im Bereich der in Eingriff kommenden Zähne bei den unterschiedlichen Stellungen des Ritzels mit Achsdrehwinkel von 0 Grad (Fig. 6) bzw. 5 Grad (Fig. 7) bzw. 18 Grad (Fig. 8) bzw. 30 Grad (Fig. 9) bzw. 40 Grad (Fig. 10);

Fig. 11 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit von Achsdrehwinkel und Türöffnungswinkel bei einer Ausführung des Türschließers in Fig. 1 als obenliegender Gleitarmtürschließer in Standardmontage an einer Tür.

Der in Fig. 1 dargestellte Türschließer weist eine Kolben-Zylinder-Einheit auf. Der Kolben 1 ist im Zylinder 2 verschiebbar angeordnet. In dem Zylinder 2 ist ein Hydrauliköl eingefüllt. Der Kolben 1 wirkt mit einer Schließerfeder 3 zu­ sammen, die in Fig. 1 rechts vom Kolben 1 im Zylinder 2 angeordnet ist. Die Schließerfeder 3 ist in dem dargestellten Fall als Schraubendruckfeder ausge­ bildet.

Beim Öffnen der Tür wird der Kolben 1 in Fig. 1 nach rechts in Richtung Pfeil "Auf" entgegen der Wirkung der Schließerfeder 3 bewegt. Beim Schließen wird der Kolben 1 unter Wirkung der Schließerfeder 3 in Gegenrichtung, also nach links, entlang Pfeil "Zu" bewegt. Die Schließbewegung wird dabei hydraulisch gedämpft.

Hierfür ist in dem Zylinderraum links vom Kolben 1 bei der Schließbewegung ein Druckraum 2a ausgebildet. In einem nichtdargestellten Überströmkanal von dem Druckraum 2a in einen Drucklosraum - z. B. ist der Federraum 2b als Drucklosraum ausgebildet - sind Strömungsventile geschaltet, über die die Strömungsgeschwindigkeit beim Überströmen und damit die Schließgeschwin­ digkeit der Tür einstellbar ist.

Bei der Öffnungsbewegung läuft der Kolben in Fig. 1 nach rechts, dabei öff­ net ein z. B. im Kolben angeordnetes Einwegventil.

Der Kolben 1 ist über einen Zahntrieb mit einer Schließerwelle 4 getriebemäßig verbunden. Im vorliegenden Fall ist der Zahntrieb als Ritzel-/Zahnstangenge­ triebe ausgeführt. Hierfür ist der Kolben 1 als Hohlkolben ausgebildet, der die Zahnstange 1a trägt. Sie wirkt mit einem an der Schließerwelle 4 drehfesten Ritzel 4a. Die Schließerwelle 4 ist in einem zylinderfesten Drehlager im Zylin­ der 2 gelagert und unmittelbar oder über ein kraftübertragendes Gestänge mit der Tür verbunden. Hierfür kann, wie an sich bekannt, je nach Montageart und Ausführung des Türschließers der in einem Türschließergehäuse angeordnete Zylinder 2 am Türblatt oder am Türrahmen montiert sein und die Schließerwelle 4 unmittelbar oder über das kraftübertragende Gestänge am Türrahmen bzw. am Türblatt angreifen, z. B. als Gleitarm, der in einer Gleitschiene geführt ist.

Im folgenden wird das Ritzel-/Zahnstangengetriebe in Verbindung mit den Fig. 2 bis 10 beschrieben, welches bei dem Türschließer in Fig. 1 eingesetzt ist, jedoch grundsätzlich auch bei anderen Anwendungen als Getriebe einge­ setzt werden kann.

Das Ritzel 4a ist ein unrundes Ritzel. Es wirkt mit einer entsprechenden Ge­ genverzahnung 1a zusammen, welche translatorisch bewegt wird und im fol­ genden Zahnstange 1a genannt wird. Die Kurven, die die theoretischen Kraft­ übertragungspunkte von Ritzel und Zahnstange angeben, bei miteinander kämmenden Verzahnungen üblicherweise als Wälz- oder Rollkurven bezeich­ net, sind in den Fig. 2 bis 5 angegeben. Sie werden im folgenden Rollkur­ ven genannt. Die ritzelseitige Rollkurve ist mit 40 und die zahnstangenseitige Rollkurve mit 10 bezeichnet. Ferner sind die Winkelkoordinaten um die Ritzel­ drehachse X eingezeichnet. Ferner sind die wirksamen Hebelarme bei den Rit­ zelstellungen von 0 Grad, 90 Grad und 180 Grad mit den Bezeichnungen a, b bzw. c im Ritzel 4 eingezeichnet.

Es ist zu erkennen, daß zwischen den Winkelkoordinaten 0 bis 50 Grad ein starker Abfall des wirksamen Hebelarms vorliegt. Die Rollkurve 40 verläuft in diesem Bereich linear, kann jedoch auch vorzugsweise in den Endabschnitten dieses Bereichs gekrümmt verlaufen. Bei Winkelkoordinaten zwischen 50 bis 100 Grad ist der wirksame Hebelarm vergleichsweise gering und ungefähr konstant. Mit größeren Winkelkoordinaten steigt er wieder an. Die Rollkurve verläuft etwa spiralförmig gekrümmt. Bei abgewandelten Ausführungsbeispie­ len kann der Rollkurvenverlauf auch anders sein, z. B. nach dem anfänglich li­ nearen Verlauf kreisförmig gekrümmt, vorzugsweise mit Krümmungsmittel­ punkt in der Ritzeldrehachse X. Es sind Abwandlungen möglich, bei denen also der wirksame Hebelarm in diesem Bereich konstant ist oder zunimmt oder abfällt, je nach gewünschtem Übertragungsverhältnis. Ferner sind Abwandlun­ gen möglich, bei denen anstelle des linearen Anstiegs der Rollkurve bei kleinen Winkelkoordinaten ein um die Ritzeldrehachse X konvex nach außen oder aber auch konkav nach innen relativ zur Ritzeldrehachse x ausgebildeter Verlauf der Rollkurve 40 im Bereich der kleinen Winkelkoordinaten vorgesehen ist.

Die in Fig. 2 eingezeichneten Winkelkoordinaten korrespondieren mit be­ stimmten Türöffnungswinkeln abhängig von der Übersetzung zwischen der Rit­ zeldrehachse X und der Tür, welche bestimmt ist durch die Geometrie des kraftübertragenden Gestänges und die Montagegeometrie.

Bei herkömmlichen obenliegenden Gleitarmtürschließern in aufliegender Standardmontage ergibt sich die in der graphischen Darstellung in Fig. 11 angegebene Abhängigkeit zwischen den Winkelkoordinaten des Ritzels und dem Türöffnungswinkel. Aus dieser Abhängigkeit wird die Korrelation zwi­ schen dem einerseits am Ritzel 4 und andererseits an der Tür auftretenden Drehmomenten bestimmt.

Das Ritzel 4a in dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist 5 Zähne auf: R1 bis R5. Die Zahnstange 1a bzw. der Kolben 1 weist 6 Zähne auf: K1 bis K6. Über diese Zähne wirken Ritzel 4a und Zahnstange 1a zusammen, wobei sich das Ritzel bei der Öffnungsbewegung im Gegenuhrzeigersinn und bei der Schließbewegung im Uhrzeigersinn also alternierend dreht. Die Zahnstange 1 wird dabei in Richtung Pfeil "Auf" bzw. Pfeil "Zu" verschoben.

Um die Verteilung der Zähne R1 bis R5 über dem Umfang des Ritzels 4 bzw. über der Rollkurve 40 durch Daten zu beschreiben, sind in Tabelle 1 die Schnittpunkte der Flanken der Zähne R1 bis R5 mit der Rollkurve 40 in Winkel­ koordinaten angegeben, wobei Ria den Schnittpunkt der rechten Flanke und Ric den Schnittpunkt der linken Flanke darstellt. Ferner sind die Winkelkoordi­ naten der Kopfscheitelpunkte der Zähne mit Rib angegeben und die Winkelko­ ordinaten der Fußpunkte zwischen den Zähnen mit Ri, i + 1.

Die Zähne R2 bis R5 weisen eine herkömmliche Gestaltung mit einem Kopf­ scheitelpunkt und beiderseits des Scheitelpunkts ähnlich gekrümmten Flanken auf. Anders ausgebildet ist der Zahn R1, der in dem linearen Bereich der Wälzkurve wirksam ist. Die Winkelkoordinaten der Punkte R1a, R1c und R1,2 betragen 1 Grad, 18 Grad bzw. 29 Grad. Es handelt sich hierbei um einen nicht herkömmlichen Zahn, der sich in seiner Zahnformgestaltung und in seiner Lage relativ zur Rollkurve und in seiner Funktionsweise bzw. Eingriffscharak­ teristik von den herkömmlichen Zähnen unterscheidet, wie im nachfolgenden noch näher erläutert werden wird.

Die kolbenseitigen Zähne K1 bis K6, d. h. die Zähne der Zahnstange 1a sind passend zu den Ritzelzähnen R1 bis R5 ausgebildet.

Die Arbeitsweise des Getriebes mit dem Zusammenwirken der Ritzelzähne R1 bis R5 mit den Zahnstangenzähnen K1 bis K6 geht aus den Fig. 2 bis 5 hervor, welche die Drehstellungen des Ritzels in den unterschiedlichen Be­ triebsstellungen zeigen.

Bei der Anwendung in dem Türschließer in Fig. 1 wirkt bei Drehung des Rit­ zels im Gegenuhrzeigersinn, also bei der Öffnungsbewegung, sowie auch bei Drehung des Ritzels im Uhrzeigersinn, also bei der Schließbewegung, jeweils die Schließerfeder 3 auf die Verzahnung in gleicher Richtung ein, so daß in beiden Richtungen jeweils dieselbe Zahnflanke belastet wird, in Fig. 2 jeweils die rechte Zahnflanke der Ritzelzähne R1 bis R5 und die linke Zahnflanke der Zahnstangenzähne K1 bis K5. Diese sogenannten druckseitigen Flanken sind in Fig. 2 jeweils mit 41, 42, 43, 44, 45 an den Zähnen des Ritzels und mit 11, 12, 13, 14, und 15 an den Zähnen der Zahnstange bezeichnet. An diesen Flanken liegen die zum Eingriff kommenden Eingriffsstellen bzw. Eingriffsflä­ chen der Zähne.

Wie aus den Fig. 6 bis 10 zu erkennen ist, gibt es in jeder Drehstellung des Ritzels im Eingriff mit der Zahnstange 1a mindestens einen Flankenberührungs­ punkt. Er wird im folgenden als momentaner Eingriffspunkt EX bezeichnet. Er wandert bei fortschreitender Drehung des Ritzels und liegt dabei jeweils auf den miteinander zum Eingriff kommenden Flanken von Ritzel und Zahnstange, und zwar jeweils auf den druckseitigen Flanken 11, 41, dann 12, 42, dann 13, 43, dann 14, 44, dann 15, 45 bei maximalem Öffnungswinkel.

Die Ritzelzähne R2 bis R5 kämmen mit den zahnstangenseitigen Zähnen K2 bis K5 in herkömmlicher Weise im Unterschied zu dem Ritzelzahn R1 und Zahn­ stangenzahn K1, welche in nicht herkömmlicher Weise zusammenwirken, wie im nachfolgenden noch näher anhand der Figuren erläutert werden wird.

Das herkömmliche Eingriffsverhalten der Zähne R2 bis R5 und K2 bis K5 ergibt sich aus den Fig. 9 und 10, welche den Übergang vom ersten Zahn R1, K1 zum zweiten Zahn R2, K2 zeigen.

Bei Drehung des Ritzels 4 im Gegenuhrzeigersinn (Öffnungsbewegung) wan­ dert EX auf der druckseitigen Flanke 42 des Zahns R2 also vom Fuß zum Kopf hin und auf der druckseitigen Flanke 12 des Zahns K2 vom Kopf zum Fuß hin.

Die dabei zum Eingriff kommenden Flächen auf den druckseitigen Flanken 12 und 42 sind mit E12 und E42 bezeichnet. Bei weiter fortschreitender Drehung des Ritzels 4 kommen sodann die Zähne R3 und K3 miteinander in Eingriff, wobei EX in entsprechender Weise auf den Flanken 13 und 43 wandert. Dies setzt sich entsprechend fort bei weiterer Drehung, bei der die weiteren Zähne R4, K4 und sodann R5, K5 miteinander in Eingriff kommen. Die Bewegungs­ richtung von EX läuft also auf dem druckseitigen Zahnflanken 12, 13, 14, 15 entgegen der Bewegungsrichtung der Zahnstange.

Bei Drehung des Ritzels im Uhrzeigersinn (Schließbewegung) ist das Eingriffs­ verhalten dieser herkömmlichen Zähne R2 bis R5, K2 bis K5 entsprechend. EX wandert dabei an denselben Flanken wie bei der zuvor beschriebenen Öff­ nungsbewegung, jedoch gerade in umgekehrter Richtung.

Dieses Eingriffsverhalten der Zähne R2 bis R5, K2 bis K5 ist bei herkömmlich miteinander kämmenden Zähnen bekannt. Die miteinander in Eingriff kommen­ den Zahnflanken rollen aufeinander ab bzw. wälzen aufeinander ab. Relativ gering ist der Anteil an spezifischem Gleiten.

Ein anderes Eingriffsverhalten ergibt sich bei Zusammenwirken der Zähne R1 und K1. Dieses Eingriffsverhalten ist in den Fig. 6 bis 8 zu erkennen. Bei Drehung des Ritzels im Gegenuhrzeigersinn (Öffnungsbewegung) wandert der momentane Eingriffspunkt EX (Flankenberührungspunkt) auf der druckseitigen Flanke 11 des zahnstangenseitigen Zahns K1 vom Fuß zum Kopf hin, wobei bei fortschreitender Öffnungsbewegung bzw. Drehung des Ritzels in Öffnungs­ richtung auf der Flanke 11 die zum Eingriff kommende Eingriffsfläche E11 überstrichen wird, welche sich auf der Zahnflanke 11 des Zahns K1 fast über die gesamte Flanke 11 vom Fuß zum Kopf hin erstreckt. Auf dem Ritzelzahn R1 wandert EX hingegen nur über einen engbegrenzten Bereich unter Aus­ bildung einer eng begrenzten Eingriffsfläche E41. Sie kann im Grenzfall punkt- oder linienförmig sein und wird im folgenden Eingriffsstelle E41 bezeichnet.

Im dargestellten Fall ist E11 also wesentlich größer als E41, d. h. EX über­ streicht auf der Flanke 11 eine wesentlich größere Fläche als auf der Flan­ ke 41. Es sei noch angemerkt, daß bei der dargestellten speziellen Zahnform von R1 und K1 der momentane Eingriffspunkt EX auf der engbegrenzten rit­ zelseitigen Eingriffsfläche E41 während der Drehung des Ritzels beim Öffnen eine ganze Hin- und Herbewegung ausführt, wobei der Umkehrpunkt dieser Hin- und Herbewegung bei sehr kleinem Öffnungswinkel liegt. Gleichzeitig läuft der momentane Eingriffspunkt EX auf der deutlich größeren Eingriffs­ fläche E11, wie bereits beschrieben, in nur eine Richtung, d. h. beim Öffnen konstant vom Fuß zum Kopf hin.

Bei Drehung im Uhrzeigersinn (Schließbewegung) ist das Eingriffsverhalten entsprechend, wobei EX dann auf derselben druckseitigen Flanke 11 des Zahns K1 jedoch in umgekehrter Richtung, d. h. vom Kopf zum Fuß hin läuft und EX auf der druckseitigen Flanke 41 des Zahns R1 wieder auf E41 unter Hin- und Herbewegung ebenfalls in entsprechender Weise wie beim Öffnen, jedoch in umgekehrter Richtung läuft.

Dieses besondere Eingriffsverhalten der Zähne R1 und K1 bedeutet, daß die Zähne R1 und K1 überwiegend aufeinander gleiten. Der Anteil von Abrollen und Abwälzen ist sehr gering; er kann gleich Null sein. Auffällig bei diesem speziellen Eingriffsverhalten ist, daß der momentane Eingriffpunkt EX auf der zum Eingriff kommenden Flanke 11 des Zahns K1 gerade in umgekehrte Rich­ tung wandert wie bei den herkömmlichen Zähnen K2 bis K5, R2 bis R5, d. h. bei derselben Drehrichtung des Ritzels und derselben Bewegungsrichtung der Zahnstange - z. B. Drehung des Ritzels in Gegenuhrzeigersinn und damit Bewe­ gung der Zahnstange in Richtung Auf - wandert der momentane Eingriffspunkt EX auf der zahnstangenseitigen Flanke 11 vom Fuß zum Kopf hin und bei den herkömmlichen Zähnen R2 bis R5, K2 bis K5, vom Kopf zum Fuß hin. Bei Dre­ hung des Ritzels in Gegenrichtung und Bewegung der Zahnstange in Richtung Zu gilt dies entsprechend gerade umgekehrt.

Ferner ist die zum Eingriff kommende Eingriffsstelle E41 auf der wirksamen Flanke 41 des Zahns R1 eng begrenzt in engen Achswinkelkoordinaten, dies bedeutet, der momentane Eingriffspunkt EX verbleibt in der engbegrenzten Ein­ griffsstelle E41 in nahezu unveränderter Position in einem engen Bereich auf der Flanke 41. Die Achswinkelkoordinaten von E41 liegen bei negativem Achs­ winkel von wenigen Grad z. B. um -1 Grad. Der momentane Eingriffspunkt EX führt eine Hin- und Herbewegung aus. Demgegenüber ist, wie bereits beschrie­ ben, die zum Eingriff kommende Eingriffsfläche E42, E44 auf den herkömm­ lichen Ritzelzähnen R2 bis R5 wesentlich größer und EX läuft bei Drehung des Ritzels in Gegenuhrzeigersinn auf den Flanken 42, 43, 44, 45 vom Fuß zum Kopf hin und bei Drehung in Uhrzeigersinn in Gegenrichtung.

Bei abgewandelter Zahnform von R1 und K1 kann der momentane Eingriffs­ punkt EX auf der zahnstangenseitigen Eingriffsfläche E11 anstelle der beim dargestellten Ausführungsbeispiel beschriebenen konstantgerichteten Bewe­ gung eine Hin- und Herbewegung ausführen. Gleichzeitig kann EX auf der ritzelseitigen Eingriffsfläche E41 ebenfalls eine solche Hin- und Herbewegung ausführen oder aber auf E41 konstant in eine Richtung laufen oder nahezu unbewegt auf der Flanke 41 an einer Stelle verbleiben unter Ausbildung einer im Grenzfall punkt- oder linienförmigen Eingriffsstelle E41.

Ferner sind abgewandelte Ausführungen möglich, bei denen die zahnstangen­ seitige Eingriffsfläche E11 eng begrenzt ist und die ritzelseitige Eingriffsflä­ che E41 wesentlich größer ausgebildet ist, d. H. also gerade umgekehrt wie im dargestellten Fall.

Tabelle 1

Claims (6)

1. Antrieb für Tür oder Fenster, vorzugsweise Türschließer, insbesondere mit hydraulischer Dämpfung,
mit einer Kolben-Zylinder-Einrichtung, wobei der Kolben mit einer Ab­ triebswelle, z. B. Schließerwelle über ein Ritzel-Zahnstangengetriebe ge­ triebemäßig verbunden ist und mit einer Schließerfeder zusammenwirkt und zumindest beim Schließen hydraulisch gedämpft ist,
wobei das Ritzel-Zahnstangengetriebe ein mit der Schließerwelle verbun­ denes Ritzel und eine mit dem Kolben verbundene Zahnstange aufweist und das Ritzel auf seinem Umfang unterschiedlich lange wirksame Hebel­ arme aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkurve oder Rollkurve (40) des Ritzels (4) in einem Abschnitt linear und/oder relativ zur Drehachse (X) des Ritzels (4) nach innen konkav gekrümmt verläuft.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare bzw. konkave Abschnitt in einem Bereich der Wälzkurve bzw. Rollkurve (40) ausgebildet ist, in welchem der wirksame Hebelarm variiert, vorzugsweise stark variiert.

3. Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem linearen bzw. konkaven Bereich der Wälzkurve bzw. Rollkurve (40) nur ein Zahn (R1) oder zwei Zähne (R1, R2) zugeordnet sind und/oder daß in dem linearen bzw. konkaven Bereich der Wälzkurve bzw. Rollkurve (40) nur ein Zahn (R1) oder zwei Zähne (R1, R2) wirksam werden.

4. Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare bzw. konkave Bereich der Wälzkurve bzw. Rollkurve (40) bei Drehung des Ritzels zwischen Achsdrehwinkel von 0 bis 50 Grad wirksam wird.

5. Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamten Wälzkurve bzw. Roll­ kurve (40) des Ritzels (4) fünf Zähne (R1 bis R5) oder weniger als fünf Zähne zugeordnet sind.

6. Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel (4) nur fünf Zähne (R1 bis R5) oder weniger als fünf Zähne aufweist, welche bei Drehung des Ritzels (4) zwischen Achswinkel von 0 bis 190 Grad wirksam werden bzw. mit der Zahnstange (1) in Eingriff kommen.