Die Erfindung betrifft einen elektrohydraulischen Servotürantrieb zum Antrieb
einer Tür, eines Fensters oder dergleichen mit einer Offenhattefunktion,
wobei zur Ausführung der Offenhaltefunktion im hydraulischen Kreislauf
ein Ventil angeordnet ist.
Ein solcher Servotürantrieb ist hinlänglich bekannt. Dabei wird die Offenhaltefunktion
des Servotürantriebes in aller Regel durch ein Magnetventil
erreicht, welches den Abfluss der Hydraulikflüssigkeit aus dem Kolbenraum
des Servotürantriebes verhindert. Nachteilig bei dieser Ausführungsform
ist der hierfür benötigte Bauraum sowie die zusätzlichen Kosten.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrohydraulischen
Servotürantrieb zu schaffen, der einen geringeren Bauraum benötigt
und der kostengünstiger herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Dadurch, dass das Ventil als hydraulisch gesteuertes Offenhalteventil ausgebildet
ist, lassen sich Kosten einsparen, da ein solches Offenhalteventil
preisgünstiger ist als das bisher verwendete Magnetventil. Denn das Magnetventil
muss zugekauft werden, während das hydraulisch gesteuerte
Offenhalteventil selbst gefertigt werden kann. Darüber hinaus besteht der
Vorteil eines verbesserten Brandschutzes, da das erfindungsgemäße Ventil
bei einem Stromausfall die mit dem erfindungsgemäßen Servotürantrieb
verbundene Tür automatisch schließt. Ein Versagen in einem solchen
Fall ist ausgeschlossen und der Wirkungsgrad des Türantriebes wird nicht
beeinflusst. Weiterhin ist infolge der erfindungsgemäßen Konstruktion eine
Überlastsicherung in den Servotürantrieb integriert ebenso wie eine
Schließfolgeregelung bei einer zweiflügeligen Tür. Durch das hydraulisch
gesteuerte Offenhalteventil kann die Tür dauerhaft offen gehalten werden,
da nur ein niedriger Steuerdruck benötigt wird, der z. B. von einer Motorpumpeneinheit
über einen sehr langen Zeitraum, ohne die Gefahr einer
Überhitzung, und bei einem minimalen Bürstenabbrand aufrechterhalten
werden kann. Außerdem besteht infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
der Vorteil, dass der erfindungsgemäße Servotürantrieb bei abgeschaltetem
Motor unbeeinflusst vom hydraulischen Antrieb arbeitet, so
dass kein zusätzliches Schaltventil erforderlich ist.
Ein erfindungsgemäßes Offenhalteventil besteht vorzugsweise aus einem
2-2-Wegeventil. Durch dieses 2-2-Wegeventil kann der Rückfluss der Hydraulikflüssigkeit
vom Kolbenraum in einen Tankraum verhindert werden.
Das 2-2-Wegeventil ist so konstruiert, dass mit einem relativ geringen
Steuerdruck ein mehrfach größerer Druck im Kolbenraum des Servotürantriebes
gehalten werden kann. Auf diese Weise kann die Tür gegen die
Federkraft des Servotürantriebes dauerhaft offen gehalten werden, wobei
der Motor nur schwach belastet wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Offenhalteventil einen
Steuerkolben und ein Rückschlagventil auf. Der Steuerkolben wird durch
einen im Vergleich zum Förderdruck niedrigeren Pumpendruck gesteuert,
was zur Folge hat, dass eine große Steuerfläche im Vergleich zur Dichtfläche
des 2-2-Wegeventiles vorhanden ist. Durch das Rückschlagventil wird
eine hydraulische Trennung von Kolbenraum und Pumpe erreicht, so dass
ein Rückfluss der Hydraulikflüssigkeit aus dem Kolbenraum über das
Rückschlagventil verhindert wird. Dies ist erforderlich, um das 2-2-Wegeventil
mit Hilfe des Pumpendruckes zu steuern. Wenn nämlich der Förderdruck
der Pumpe kleiner ist als der Druck im Kolbenraum, sind beide Bereiche
hydraulisch voneinander getrennt, so dass das 2-2-Wegeventil mit
Hilfe der Pumpe gesteuert werden kann.
Vorzugsweise ist der Druck im Kolbenraum des Servotürantriebes um ein
mehrfaches größer als der Steuerdruck im Offenhalteventil. Auf diese Weise
kann eine mit dem erfindungsgemäßen Servotürantrieb versehene Tür
gegen die Federkraft dauerhaft einer in dem Drehflügelantrieb vorhandenen
Feder offen gehalten werden.
Vorzugsweise ist in dem hydraulischen Kreislauf ein als Gleichstrommotor,
als elektronisch kommutierter Motor oder als drehzahlsteuerbarer Wechsel-
oder Drehstrommotor ausgebildeter Motor vorgesehen, der eine Pumpe
antreibt, da nur bei solchen Motoren das Motormoment und die Motordrehzahl
verändert werden können und eine Dauerauf-Funktion mit geringen
Leistungsverlusten realisiert werden kann.
Vorzugsweise ist der Hinfluss und der Rückfluss des hydraulischen Kreislaufes
voneinander getrennt. Dies reduziert die Anzahl der erforderlichen
Ventile, erfordert dafür aber eine zusätzliche hydraulische Leitung.
In dem Steuerkolben des Offenhalteventiles ist vorzugsweise ein Rückschlagventil
integriert. Nach einer alternativen Ausführungsform kann das
Rückschlagventil auch in einem Bypass zum Offenhalteventil vorgesehen
sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass in dem hydraulischen
Kreislauf zur Dämpfung der Öffnungs- und/oder der Schließbewegung
Drosselventile vorgesehen sind.
Das Offenhalteventil gemäß der Erfindung wird vorzugsweise über den
Druck der Pumpe gesteuert.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der erfindungsgemäße elektrohydraulische
Servotürantrieb mit einer Hilfseinrichtung zur Ausführung
einer Unterstützungsfunktion bei der Betätigung der Tür, des Fensters
oder dergleichen versehen. Dies ermöglicht die Integration weiterer
Grundfunktionen in den Türantrieb. So kann z. B. die Tür vom Benutzer
ohne nennenswerten Kraftaufwand und unterstützt durch den Antrieb geöffnet
werden, ohne dass die Tür jedoch automatisch öffnet. Die Tür kann
anschließend entsprechend den Brandschutzvorschriften wieder mit einem
ausreichend großen Drehmoment ohne Motorkraft geschlossen werden.
Gleichzeitig kann eine Offenhaltefunktion bzw. eine Schließverzögerung
in den erfindungsgemäßen Servotürantrieb integriert werden. Auch
eine Endlagendämpfung kann realisiert werden, um ein Anschlagen der
Tür zu verhindern.
Um diese weiteren Grundfunktionen zu integrieren, weist in vorteilhafter
Weise die Hilfseinrichtung einen mit dem Motor verbundenen Motorverstärker,
insbesondere nach dem PWM-Prinzip (Puls-Weiten-Modulation),
auf.
Weiterhin ist der Motorverstärker an eine Steuerung und Stromregelung
angeschlossen.
Außerdem ist z. B. der Motorverstärker und die Steuerung und Stromregelung
des elektrohydraulischen Servotürantriebes jeweils an eine Spannungsversorgung
angeschlossen.
Weil es für die Steuerung des Servotürantriebes erforderlich ist, die Stellung
eines Ritzels und damit auch die Stellung der Antriebsachse zu kennen,
ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung die Steuerung und Stromregelung
mit einem Positionsgeber verbunden, der mit dem Ritzel zusammenwirkt.
Damit die vom Positionsgeber übermittelten Signale in der Steuerung und
Stromregelung verarbeitet werden können, ist die Steuerung und Stromregelung
vorzugsweise mit einem D/A-Wandler versehen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Es zeigen:
- Figur 1:
- Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Servotürantriebes,
- Figur 2:
- eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Servotürantriebes,
- Figur 3:
- eine erste Ausführungsform eines im erfindungsgemäßen
Servotürantrieb verwendeten Offenhalteventiles,
- Figur 4:
- eine zweite Ausführungsform des Offenhalteventiles nach Figur
3,
- Figur 5:
- eine dritte Ausführungsform des Offenhalteventiles nach Figur
3,
- Figur 6:
- eine vierte Ausführungsform des Offenhalteventiles nach Figur
3,
- Figur 7:
- eine fünfte Ausführungsform des Offenhalteventiles nach Figur
3, mit einem zusätzlichen Bypassventil,
- Figur 8:
- eine sechste Ausführungsform des Offenhalteventiles nach
Figur 3, mit einem zusätzlichen Bypassventil,
- Figur 9:
- ein Diagramm, welches den Türantriebswellenwinkel in Abhängigkeit
von der Federkraft, dem Pumpendruck, dem Motormoment
und dem Motorstrom zeigt und
- Figur 10:
- ein Diagramm, welches das Motormoment in Abhängigkeit
von der Motordrehzahl und dem Motorstrom zeigt.
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer Servotürantrieb nach einer ersten
Ausführungsform dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird die Schließbewegung
des Drehflügeltürantriebes über Drosselventile gesteuert.
Der Servotürantrieb weist einen Kolbenraum 1 auf, in dem ein Kolben 2
gegen die Kraft einer Feder 3 verfahrbar ist. Der Kolben 2 ist mit einer
Verzahnung 4 versehen, die mit einem Ritzel 5 kämmt, welches mit einem
nicht dargestellten Schließmechanismus für eine Tür, ein Fenster oder
dergleichen zusammenarbeitet. Die Verzahnung 4 ist im dargestellten
Ausführungsbeispiel im Inneren des Kolbens 2 ausgebildet. Infolge einer
Bewegung des Kolbens 2 wird über die Verzahnung 4 das Ritzel 5 in eine
Drehbewegung versetzt.
Der Kolben 2 ist an seinen beiden Enden mit Dichtungsscheiben 10 und
11 versehen, welche dichtend an einer Innenwandung des Kolbenraumes
1 anliegen. In den Dichtungsscheiben 10 und 11 sind zur Vermeidung von
zerstörerisch wirkenden Überdrücken Druckbegrenzungsventile 12 und 13
eingebracht. Hierbei ist das Druckbegrenzungsventil 13 nur in Kombination
mit einer hydraulischen Öffnungsdämpfung durch ein Drosselventil 18
notwenig, da anderenfalls in diesem Bereich des Kolbenraumes 1 keine
kritischen Überdrücke auftreten können. Weiterhin befindet sich in der
Dichtungsscheibe 10 ein Rückschlagventil 15, das ein manuelles Öffnen
der Tür auch bei abgeschaltetem Antrieb ermöglicht. Ein Rückschlagventil
14 lässt die Hydraulikflüssigkeit beim automatischen Öffnen der Tür verlustarm
an Drosselventilen 17 vorbei in den Kolbenraum 1 strömen. Wie
die Ventile 12 bis 18 im Einzelnen angeordnet sind, kann der Figur 1 entnommen
werden.
Dabei befinden sich in der Dichtungsscheibe 10 das Rückschlagventil 15
und das Druckbegrenzungsventil 12. Dabei ist das Druckbegrenzungsventil
12 federbelastet. Ferner sind die Ventile 12 und 15 antiparallel eingesetzt.
Die gleiche Anzahl und Art von Ventilen 13 und 16 sind auch in der
Dichtungsscheibe 11 vorhanden, nur sind diese Ventile in gleicher Richtung
eingebaut, so dass ein Überdruck aus dem Federraum in den Kolben
2 entweichen kann.
Der Antrieb des Kolbens 2 erfolgt über einen Hydraulikkreislauf, der über
Hydraulikleitungen an den Kolbenraum 1 angeschlossen ist. In dem Hydraulikkreislauf
ist eine Pumpe 6 vorgesehen, die von einem Motor 7 angetrieben
wird. Der Motor 7 ist vorzugsweise als Gleichstrommotor oder als
drehzahlsteuerbarer Wechsel- oder Drehstrommotor ausgebildet, da bei
diesen Motortypen das Motordrehmoment und die Motordrehzahl auf einfache
Weise variiert werden können und eine Dauerauf-Funktion mit geringen
Leistungsverlusten realisiert werden kann.
Im Hydraulikkreislauf ist weiterhin ein hydraulisch gesteuertes Offenhalteventil
20 vorgesehen, das aus drei Komponenten besteht:
- einem 2-2-Wegeventil, welches einen Rückfluss der Hydraulikflüssigkeit
vom Kolbenraum 1 in einen im Hydraulikkreislauf vorhandenen
Tankraum 8 verhindert,
- einem Steuerkolben 22, der zur Steuerung des 2-2-Wegeventiles
durch einen im Vergleich zum Förderdruck der Pumpe 6 niedrigen
Pumpendruck dient und
- einem Rückschlagventil 23, welches eine hydraulische Trennung
von Kolbenraum 1 und Pumpe 6 bewirkt.
Das 2-2-Wegeventil ist so konstruiert, dass mit einem relativ kleinen Steuerdruck
auf den Steuerkolben 22 ein mehrfach größerer Druck im Kolbenraum
1 des Drehflügeltürantriebes gehalten werden kann und der Rückfluss
der Hydraulikflüssigkeit in den Tankraum 8 verhindert wird, so dass
ein dauerhaftes Offenhalten der Tür, des Fensters oder dergleichen erreicht
werden kann, wobei der Motor 7 nur schwach belastet wird. Wenn
also der Förderdruck der Pumpe 6 kleiner ist als der Druck im Kolbenraum
1, sind beide Bereiche hydraulisch voneinander getrennt, so dass mit Hilfe
der Pumpe 6 nun das 2-2-Wegeventil durch den Steuerkolben 22 gesteuert
werden kann.
Um eine eindeutige Stellung des 2-2-Wegeventiles zu erreichen bzw. einen
Schwebezustand, bei dem sowohl das Rückschlagventil 23 und das
2-2-Wegeventil nicht vollständig geschlossen sind, zu vermeiden, sollte
entweder das Rückschlagventil 23 oder das 2-2-Wegeventil oder beide mit
einer schwachen Federkraft durch mindestens ein Federelement 26 oder
27 belastet sein.
In dem Hydraulikkreislauf sind weiterhin die Drosselventile 17 und 18 vorgesehen,
die zur Steuerung der Öffnungs- und der Schließbewegung dienen
und deren genaue Anordnung der Figur 1 entnommen werden kann.
Auch die genaue Führung und der Anschluss von Hydraulikleitungen 41
bis 46 des Hydraulikkreislaufes sind der Figur 1 zu entnehmen. Dabei werden
die Hydraulikleitungen 43 und 45 über den Kolben 2 gesteuert.
Der Tankraum 8 wird z. B. durch einen hydraulischen Ausgleichsspeicher
gebildet, der auch bei kleiner Volumenänderung der Hydraulikflüssigkeit,
wie sie unter anderem durch Temperaturänderungen entstehen können,
einen angenähert konstant niedrigen Druck auf der Saugseite der Pumpe
6 bewirkt, so dass ein Wellendichtring der Pumpe permanent entlastet ist.
Dieser Ausgleichsspeicher kann beispielsweise durch eine Gasblase, einen
Gasblasenspeicher mit elastischer Membran oder Blase, einen Kolbenspeicher
mit oder ohne Feder oder Ähnlichem gebildet werden.
In der Figur 2 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Drehflügeltürantriebes gezeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich
von der in Figur 1 gezeigten dadurch, dass hier der Hinfluss vom Rückfluss
getrennt ist. Dies hat den Vorteil, dass bei gleicher Funktion das
Rückschlagventil 14 aus Figur 1 nicht mehr erforderlich ist, stattdessen ist
eine Hydraulikleitung 47 erforderlich. Da bei dem in Figur 2 dargestellten
Antrieb auf eine hydraulische Öffnungsdämpfung verzichtet wird, kann
auch das Druckbegrenzungsventil 13 aus Figur 1 entfallen und durch eine
Verbindungsleitung 48 ersetzt werden. Wie in diesem Fall der Aufbau der
Hydraulikleitungen und die Anordnung der verschiedenen Ventile erfolgen
muss, zeigt die Figur 2.
Es befindet sich in der Dichtungsscheibe 11 kein Rückschlagventil mehr,
vielmehr ist eine direkte Verbindung 48 von dem Kolbenraum 1 zum Innern
des Kolbens 2 vorhanden. Ferner ist ein Rückschlagventil 15 und ein
Druckbegrenzungsventil 12 in der Dichtungsscheibe 10 eingebaut, die antiparallel
geschaltet sind.
In Figur 3 ist eine erste Ausführungsform des Offenhalteventiles 20 dargestellt.
Das 2-2-Wegeventil 21 ist auf der in Figur 3 linken Seite durch die
Hydraulikleitung 41 mit der Pumpe 6 und auf der in Figur 3 rechten Seite
durch die Hydraulikleitung 42 mit dem Kolbenraum 1 verbunden. Eine
nach oben gerichtete Hydraulikleitung 46 führt zu dem Tankraum 8. Der
Steuerkolben 22 ist mit einer Durchgangsbohrung 49 versehen, die aus
zwei Bereichen mit unterschiedlichen Durchmessern besteht. Auf der zum
Kolbenraum 1 führenden Seite ist der Durchmesser der Durchgangsbohrung
49 kleiner als auf der zur Pumpe 6 führenden Seite. In dem größeren
Bereich der Durchgangsbohrung 49 ist das Rückschlagventil 23 angeordnet,
das in den Steuerkolben 22 integriert ist.
Außerdem ist zwischen dem Steuerkolben 22 und der zur Pumpe 6 führenden
Seite (Hydraulikleitung 41) das Federelement 27 angeordnet, welches
den Steuerkolben 22 nach rechts in Figur 3 in Richtung auf den Anschluss
der Hydraulikleitung 42 zum Kolbenraum 1 drängt und damit in
dieser Stellung die Hydraulikleitung 42 zur Hydraulikleitung 46 verschließt.
Bei einem bestimmten Druck öffnet das Rückschlagventil 23 und das Hydraulikmedium
kann von der Hydraulikleitung 41 über die Durchgangsbohrung
49 in die Hydraulikbohrung 42 strömen. Der Steuerkolben 22 kann
durch eine umlaufende Dichtung 24 oder durch den Ringspalt einer entsprechenden
Dichtpassung abgedichtet werden.
In der Figur 4 ist eine zweite alternative Ausgestaltung des Offenhalteventiles
20 dargestellt. Die Anschlüsse 41 und 42 sind die gleichen, wie im
Zusammenhang mit Figur 3 erläutert. Der Unterschied zur Ausführungsform
nach Figur 3 besteht darin, dass das Rückschlagventil 23 mit dem
Federelement 26 nicht in den Steuerkolben 22 integriert ist, sondern in
einem Bypass 50 angeordnet ist, der den Anschluss der Hydraulikleitung
42 zum Kolbenraum 1 mit der Hydraulikleitung 41 zur Pumpe 6 verbindet.
Innerhalb des Steuerkolbens 22 befindet sich keine Durchgangsbohrung.
Weiterhin wird in der alternativen Ausgestaltung in Figur 4 die Schließfunktion
der 2-2-Wegeventilfunktion durch einen separaten Schließkörper
9 in Form einer Kugel realisiert. Dies hat den Vorteil, dass sich der
Schließkörper 9 innerhalb einer kegeligen Vertiefung 53 selbst zentriert
und Lagetoleranzen somit zwischen dem Steuerkolben 22 und dem Ventilsitz
ausgeglichen werden. Der Steuerkolben 22 ist ebenfalls durch das Federelement
27 in Richtung auf den Schließkörper 9 vorgespannt.
In der Figur 5 ist eine dritte alternative Ausgestaltung des Offenhalteventiles
20 dargestellt, bei der im Unterschied zu den Ausführungsformen nach
Figur 3 und Figur 4, der Zustrom zum Kolbenraum 1 durch die Hydraulikleitung
42 und den Bypass 50 und die Rückführung der Hydraulikflüssigkeit
separat durch die Hydraulikleitung 47 erfolgt.
In der Figur 6 ist eine vierte alternative Ausgestaltung des Offenhalteventiles
20 dargestellt, bei der im Unterschied zu den vorbeschriebenen Ausführungsformen
das 2-2-Wegeventil als Schieberventil ausgeführt ist. Der
Schließkörper des 2-2-Wegeventiles wird durch einen zylindrischen Körper
gebildet, der die Hydraulikleitung 46 je nach Schaltposition verschließt
oder freigibt. Die Hydraulikleitung 46 endet zum einen wieder in dem
Raum des Steuerkolbens 22 und gleichzeitig in einem der Hydraulikleitung
42 vorgelagerten Raum 52, in dem sich ein Kolben 51 befindet. Der Kolben
51 ist freischwimmend und in seinem Durchmesser wesentlich geringer
als der Steuerkolben 22.
In der Figur 7 ist eine fünfte alternative Ausgestaltung des Offenhalteventiles
20 dargestellt, bei der zusätzlich ein einstellbares Ventil 28 zwischen
Hydraulikleitung 41 und 46 angeordnet ist, um bei Abschaltung des Antriebes
einen schnelleren Druckausgleich am Steuerkolben 22 zu erwirken
und hierdurch die Schaltgeschwindigkeit des 2-2-Wegeventiles 21 zu erhöhen
und gleichzeitig durch eine geeignete Einstellung eines Ventiles 28
die hierdurch beim Betrieb zusätzlich auftretende Leckage auf ein vertretbares
Maß zu begrenzen.
In der Figur 8 ist eine sechste alternative Ausgestaltung des Offenhalteventiles
20 dargestellt, bei der im Unterschied zur Ausführungsform nach
Figur 7 das Ventil 28 so gestaltet ist, dass bei steigendem Druck in der
Hydraulikleitung 41 der zusätzlich am Ventil 28 auftretende Leckagestrom
reduziert wird oder bei Erreichung des Betriebsdruckes vollständig vermieden
werden kann. Hierzu stützt sich ein Drosselkörper 29 des Drosselventiles
28 auf einer Feder 31 ab, so dass bei Druckanstieg in der Hydraulikleitung
41 sich der Spalt des Ventilsitzes zum Drosselkörper 29 verringert
oder ganz geschlossen wird. Auf diese Weise kann eine geringe
Schaltzeit des 2-2-Wegeventiles erzielt werden, ohne einen zusätzlichen
Leckagestrom in Kauf nehmen zu müssen. Der Drosselkörper 29 steht mit
einem Einstellstift 30, der mit einer Feder 32 ausgestattet ist, in Wirkverbindung.
Im Folgenden wird nun die Funktion des erfindungsgemäßen Servoantriebes
beim Öffnen, Offenhalten und Schließen der Tür erläutert.
Beim Öffnen der Tür erzeugt die Pumpe 6 einen Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit,
der in den Kolbenraum 1 gefördert wird. Hierzu muss die
Pumpe 6 wegen der Trägheitsmasse der Tür und die Kraft der Feder 3 auf
den Kolben 2 einen entsprechend erhöhten Druck ausüben. Dieser erhöhte
Druck schließt durch den Steuerkolben 22 das 2-2-Wegeventil und verhindert
hierdurch ein Abfließen des geförderten Flüssigkeitsvolumens in
den Tankraum 8.
Um die Tür offen zu halten, wird der Pumpendruck gesenkt. Durch das
Rückschlagventil 23 des hydraulisch gesteuerten Offenhalteventiles 20
wird der Druck im Kolbenraum 1 aufrechterhalten und ein Zurückfließen in
die Pumpe 6 verhindert. Das 2-2-Wegeventil wird dabei durch einen kleinen
Steuerdruck von der Pumpe 6 weiterhin geschlossen gehalten.
Zum Schließen der Tür wird die Einheit aus Pumpe 6 und Motor 7 vollständig
abgeschaltet. Dies geschieht zwangsläufig auch bei einem Stromausfall.
Dadurch fällt der Druck durch Leckage in der Pumpe 6 oder am Steuerkolben
22 oder an dem zusätzlichen Ventil 28 unter einen Grenzwert,
bei dem das 2-2-Wegeventil öffnet, so dass die Hydraulikflüssigkeit durch
die Drosselventile 17 in den Tankraum 8 abfließen kann.
In den Figuren 1 und 2 ist der Aufbau der Motorsteuerung näher erläutert
und dargestellt. Durch diese Ausbildung ist es möglich, folgende zusätzliche
Funktionen in den erfindungsgemäßen Servotürantrieb zu integrieren:
- Öffnen der Tür vom Benutzer ohne nennenswerten Kraftaufwand,
- Schließen der Tür mit einem ausreichend großen Drehmoment,
- Offenhaltefunktion bzw. Schließverzögerung und
- Endlagendämpfung.
Um ein Öffnen der Tür ohne nennenswerten Kraftaufwand zu realisieren,
muss der Druck im pumpenseitigen Kolbenraum 1 so gesteuert werden,
dass für jede Position des Kolbens 2 die von der anderen Seite auf den
Kolben 2 wirkende Kraft der Feder 3 nahezu aufgehoben ist. Der Pumpendruck
darf jedoch niemals größer sein als der durch die Feder 3 hervorgerufene
statische Druck, da sonst die Tür von alleine öffnen würde. Außerdem
muss sich der von der Pumpe 6 über die Hydraulikleitungen 41 und
42 in den Kolbenraum 1 eingespeiste Volumenstrom innerhalb technischer
Grenzen an beliebige Öffnungsgeschwindigkeiten anpassen lassen können.
Um dies zu realisieren, kann entweder ein hydraulisches Druckbegrenzungs-
oder Druckregelventil vorgesehen sein oder aber man kann das
Antriebsmoment der Pumpe 6 durch das Motormoment bzw. den Motorstrom
regeln. Dazu ist der Motor 7 an einen Motorverstärker 51 angeschlossen,
der vorzugsweise nach dem PWM-Prinzip arbeitet. Der Motorverstärker
51 ist mit einer Steuerung und Stromregelung 52 verbunden, in
der außerdem noch ein D/A-Wandler 54 angeordnet ist. Sowohl der Motorverstärker
51 als auch die Steuerung und Stromregelung 52 sind mit
einer Spannungsversorgung 55 verbunden. Mit der Steuerung und Stromregelung
52 ist weiterhin ein Positionsgeber 53 verbunden, der mit dem
Ritzel 5 zusammenwirkt und die Position des Ritzels 5 bzw. des Kolbens 2
ermittelt.
In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Servotürantriebes
dargestellt. Diese unterscheidet sich von der in Figur 1 gezeigten
durch eine andere Leitungsführung und eine andere Ventilanordnung.
Wie sich insbesondere im linken oberen Teil der Figur 2 erkennen
lässt, ist hier eine Trennung der Zu- und Ableitung der Hydraulikflüssigkeit
des Kolbenraumes 1 durch die Hydraulikleitungen 41, 42 und 47 ausgeführt
worden. Weiterhin ist in Figur 2 auf eine hydraulische Öffnungsdämpfung
sowie einer Schließdämpfung mit zwei Druckbereichen verzichtet
worden.
In Figur 9 ist der Türantrieb-Wellenwinkel (phi) in Abhängigkeit der Federkraft,
des Pumpendruckes, des Motormomentes und des Motorstromes
dargestellt. Man erkennt, dass der Benutzer nur eine geringe Kraft aufbringen
muss, um die Tür zu öffnen.
Diese geringe Kraft ist als Restmoment zwischen dem Antriebsmoment
und dem statischen Moment an der Türschließerwelle angegeben. Ferner
wird deutlich, dass der Pumpendruck etwa dem Motormoment und damit
dem Motorstrom entspricht und unterhalb des Antriebsmomentes liegt.
In Figur 10 ist das Motormoment in Abhängigkeit der Motordrehzahl und
des Motorstromes dargestellt.
Die Motorspannung ist dabei eine Stellgröße für die Regelung der Motordrehzahl.
Gleichzeitig ist eine Momentenbegrenzung durch eine Regelung
des Motorstromes gegeben. Die Betriebsdrehzahl liegt somit durch die
Momentenbegrenzung unterhalb der Motorkennlinie bei einer maximalen
Antriebsspannung.
Bezugszeichenliste
- 1
- Kolbenraum
- 2
- Kolben
- 3
- Feder
- 4
- Verzahnung
- 5
- Ritzel
- 6
- Pumpe
- 7
- Motor
- 8
- Tankraum
- 9
- Schließkörper
- 10
- Dichtungsscheibe
- 11
- Dichtungsscheibe
- 12
- Druckbegrenzungsventil
- 13
- Druckbegrenzungsventil
- 14
- Rückschlagventil
- 15
- Rückschlagventil
- 16
- Rückschlagventil
- 17
- Drosselventil
- 18
- Drosselventil
- 20
- Offenhalteventil
- 22
- Steuerkolben
- 23
- Rückschlagventil
- 24
- Dichtring
- 26
- Federelement
- 27
- Federelement
- 28
- Ventil
- 29
- Drosselkörper
- 30
- Einstellstift
- 31
- Feder
- 32
- Feder
- 41
- Hydraulikleitung
- 42
- Hydraulikleitung
- 43
- Hydraulikleitung
- 44
- Hydraulikleitung
- 45
- Hydraulikleitung
- 46
- Hydraulikleitung
- 47
- Hydraulikleitung
- 48
- Hydraulikleitung
- 49
- Durchgangsbohrung
- 50
- Bypass
- 51
- Motorverstärker
- 52
- Steuerung und Stromregelung
- 53
- Positionsgeber
- 54
- D/A-Wandler
- 55
- Spannungsversorgung
- 56
- Kolben
- 57
- Raum
- 58
- kegelige Vertiefung