| Patentansprüche
1. Personenschleuse für die zyklische Freigabe eines Durchgangs mit mindestens einem Sperrelement, das mit einem beweglichen Träger- element verbunden ist und durch Bewegung des Trägerelements von einer den Durchgang an einer Sperrstelle versperrenden Sperrstellung in eine den Durchgang freigebende Durchgangsstellung beweglich ist, mit einer Sperreinrichtung zum Blockieren der Bewegung des Trägerelements, welche mindestens einen Riegel (18, 20) aufweist, der in ei- ner Blockadestellung an einer Wirkfläche (16) des Trägerelements an mindestens einem Berührpunkt anliegt, wobei der Riegel (18, 20) von der Blockadestellung in eine Freigabestellung beweglich ist, wobei seine Bewegung im Berührpunkt in einer ersten Bewegungsrichtung erfolgt, und wobei die Wirkfläche (16) sich im Berührpunkt bei Bewegung des Trägerelements in einer zweiten Bewegungsrichtung bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass im Berührpunkt ein Winkel ß zwischen der ersten Bewegungsrichtung und einer Tangente an die Schnittlinie der Tangentialfläche an die Wirkfläche (16) im Berührpunkt mit der durch die erste und die zweite Bewegungsrichtung aufgespannten E- bene eingeschlossen ist, für dessen Tangens (tan ß) 5/9 μ < tan ß < 9/5 μ gilt, wobei μ der Haftreibungskoeffizient zwischen dem Riegel (18, 20) und der Wirkfläche (16) ist.
2. Personenschleuse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement einen Grundkörper (10) und mindestens einen vom
Grundkörper (10) abstehenden Nocken (14) aufweist, wobei die Wirkfläche (16) seitlich am Nocken (14) angeordnet ist.
3. Personenschleuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Riegel (18, 20) um eine Schwenkachse (22) zwischen der Freigabestellung und der Blockadestellung verschwenkbar ist.
4. Personenschleuse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement eine um eine Drehachse (12) drehbare Scheibe (10) aufweist, von der der mindestens eine Nocken (14) radial absteht.
5. Personenschleuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Riegel (18, 20) in seiner Blockadestellung an der mindestens einen Wirkfläche (16) an mehreren Berührpunkten und vorzugsweise flächig anliegt und dass in jedem Berührpunkt für den Winkel ß zwischen der ersten Bewegungsrichtung und der Tangente an die Schnittlinie der Tangentialfläche an die Wirkfläche (16) im jeweiligen Berührpunkt mit der durch die erste und die zweite Bewegungsrichtung aufgespannten Ebene 5/9 μ < tan ß < 9/5 μ gilt.
6. Personenschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass der mindestens eine Riegel (18, 20) in seiner Blockadestellung an der mindestens einen Wirkfläche (16) an mehreren Berührpunkten und vorzugsweise flächig anliegt und dass gemittelt ü- ber die Wirkfläche 5/9 μ < tan ß < 9/5 μ gilt, wobei ß der Winkel zwischen der ersten Bewegungsrichtung und der Tangente an die Schnitt- linie der Tangentialfläche an die Wirkfläche (16) im jeweiligen Berührpunkt mit der durch die erste und die zweite Bewegungsrichtung aufgespannten Ebene ist.
7. Personenschleuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkfläche (16) eine ebene Fläche ist.
8. Personenschleuse nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittlinie der Wirkfläche (16) mit der durch die erste und die zweite Bewegungsrichtung aufgespannten Ebene ein Abschnitt einer logarithmischen Spirale mit ihrem Ursprung auf der Schwenkachse (22) ist. |
Beschreibung
Personenschleuse
Die Erfindung betrifft eine Personenschleuse gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Personenschleusen der eingangs genannten Art, wie Karusselltüren und Drehkreuze, dienen dazu, einen Durchgang zu versperren und bei Bedarf, beispielsweise bei nachgewiesener Zugangsberechtigung, für eine definierte Anzahl von Personen kurzzeitig freizugeben. Zu diesem Zweck weist die Personenschleuse mindestens ein Sperrelement, vorzugsweise mehrere Sperrelemente auf, die beispielsweise bei einem Drehkreuz als Sperrholme und bei einer Karusselltür als Türflügel ausgebildet sind. Diese sind zur Freigabe und anschließenden Sperrung des Durchgangs auf einer geschlossenen Bahn beweglich. Um eine Sperrung des Durchgangs zu ermöglichen, sind die Sperrelemente mit einem Trägerelement verbunden, das beispielsweise als um eine Drehachse drehbare Sperrscheibe ausgebildet ist. Von der Sperrscheibe stehen radial Sperrnocken ab, die seitliche Wirkflächen aufweisen. Die Personenschleuse weist zudem eine Sperreinrichtung auf, die einen oder mehrere Riegel aufweist, welche von einer Freigabestellung in eine Blockadestellung beweglich sind. In der Blockadestellung liegt mindestens einer der Riegel an einer Wirkfläche an und hemmt die Bewegung der Sperrscheibe und somit die Bewegung der Sperrelemente.
Aus Sicherheitsgründen muss in vielen Anwendungsbereichen gewährleistet sein, dass der Durchgang durch die Personenschleuse im Notfall freigegeben wird. Aus diesem Grund werden die Riegel bei bekannten Personenschleusen mittels einer Federkraft in der Freigabestellung gehalten und zum Blockieren motorisch, beispielsweise mittels Hubmagneten, gegen die Federkraft in die Blockadestellung bewegt. Fällt beispielsweise die Stromver- sorgung aus, so entfällt die Kraft der Hubmagnete und die Rückstellkraft versucht die Riegel in die Freigabestellung zu bewegen, so dass der Durch-
gang freigegeben wird. Drückt jedoch eine Person gegen ein Sperrelement bei in der Blockadestellung befindlichem Riegel, so wird die Wirkfläche des betreffenden Nockens gegen den Riegel gedrückt und es ist eine große Federkraft erforderlich, um den Riegel in die Freigabestellung zu bewegen. Dasselbe Problem tritt auch dann auf, wenn eine Person bereits gegen ein Sperrelement drückt, bevor eine Freigabe erfolgt ist. Die Bereitstellung einer großen Rückstellkraft stellt zwar keine große konstruktive Schwierigkeit dar. Sie bedingt jedoch einen sehr starken Hubmagneten zum Bewegen des Riegels in die Blockadestellung, welcher die Personenschleuse erheblich ver- teuert und zudem groß baut, beim Schließen Lärm verursacht und im Betrieb Hitze entwickelt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Personenschleuse der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass der oder die Riegel auch mit einer geringeren Rückstell kraft in die Freigabestellung beweglich sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Personenschleuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass bei entsprechender Geometrie des Nockens beim Andrücken des Nockens an den Riegel nicht nur eine die Bewegung des Riegels hemmende Haftreibungskraft auftritt, sondern auch eine die Bewegung des Riegels unterstützende, der Hangab- triebskraft auf einer schiefen Ebene entsprechende Kraft. Diese ist lediglich abhängig von der Geometrie der Anordnung des Riegels zur Wirkfläche, während die Haftreibungskraft vom Haftreibungskoeffizienten μ abhängig ist, der wiederum durch die Materialien des Riegels und des Nockens vorgegeben ist. So wie bei der schiefen Ebene ein Neigungswinkel α = arctan μ exis- tiert, bei dem sich Haftreibungskraft und Hangabtriebskraft gegenseitig aufheben und eine infinitesimale Kraft ein Hinabgleiten des auf der schiefen
Ebene liegenden Gegenstands auslöst, existiert auch im vorliegenden Fall ein Winkel, bei dem sich die Haftreibungskraft und die die Bewegung des Riegels begünstigende, der Hangabtriebskraft entsprechende Kraft die Waage halten. Eine Freigabe des Durchgangs kann dann mit einer relativ schwachen Rückstell kraft auf den Riegel erfolgen, die das Kräftegleichgewicht so weit verschiebt, dass die die Bewegung des Riegels unterstützende Kraft größer ist als die Haftreibungskraft. Je weniger der in Anspruch 1 definierte Winkel ß vom Winkel α = arctan μ abweicht, desto schwächer kann die Rückstellfeder ausgebildet sein und desto schwächer kann der den Rie- gel in die Blockadestellung bewegende Hubmagnet ausgeführt sein, was eine Kostenersparnis nach sich zieht. Dabei wird bevorzugt, dass der Winkel ß geringfügig kleiner ist als der Winkel α = arctan μ, so dass die Haftreibungskraft noch geringfügig größer ist als die die Bewegung des Riegels begünstigende, der Hangabtriebskraft entsprechende Kraft. Es ist jedoch auch möglich, dass der Winkel ß geringfügig größer ist als der Winkel α = arctan μ. Um eine zuverlässige Sperrung des Durchgangs zu erreichen, muss dann jedoch die motorisch aufgewandte Kraft zum Halten des Nockens in der Blockadestellung die Rückstell kraft etwas stärker übersteigen, um im Betrieb eine zuverlässige Sperrung des Durchgangs zu erzielen. Der Erfindungsgedanke ist prinzipiell verwirklicht, wenn die Haftreibungskraft maximal um 80 % größer ist als die der Hangabtriebskraft entsprechende Kraft (tan ß < 9/5 μ) und umgekehrt (5/9 μ < tan ß). Vorteilhaft sind kleinere Abweichungen, wie beispielsweise maximal 40 %, maximal 30 %, maximal 20 % oder maximal 10 %.
Prinzipiell kann das Trägerelement mit einem oder mehreren Schlitzen versehen sein, in die der Riegel in seiner Blockadestellung eingreift und an der den betreffenden Schlitz begrenzenden Wirkfläche anliegt. Es wird jedoch bevorzugt, dass das Trägerelement einen Grundkörper und mindestens einen vom Grundkörper abstehenden Nocken aufweist, wobei die Wirkfläche seitlich am Nocken angeordnet ist.
Prinzipiell ist sowohl eine Linearbewegung des Trägerelements und des von seinem Grundkörper abstehenden Nockens als auch eine Linearbewegung des Riegels zwischen der Blockadestellung und der Freigabestellung möglich. Es wird jedoch bevorzugt, dass der mindestens eine Riegel um eine Schwenkachse zwischen der Freigabestellung und der Blockadestellung verschwenkbar ist. Ebenso wird bevorzugt, dass das Trägerelement eine um eine Drehachse drehbare Scheibe ist, von der der mindestens eine Nocken radial absteht. Die erste Bewegungsrichtung verläuft dann tangential zu einem Kreis um einen Punkt auf der Schwenkachse durch den Berührpunkt, die zweite Bewegungsrichtung verläuft tangential zu einem Kreis um die Drehachse der Scheibe durch den Berührpunkt.
Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn der Riegel in der Blockadestellung lediglich an einem Berührpunkt am Nocken anliegt. Es wird jedoch bevorzugt, dass der Riegel in seiner Blockadestellung an dem Nocken an mehre- ren Berührpunkten und vorzugsweise flächig anliegt. In diesem Fall wird bevorzugt, dass in jedem Berührpunkt für den Winkel ß zwischen der ersten Bewegungsrichtung und der Tangente an die Schnittlinie der Tangentialflä- che an die Wirkfläche im jeweiligen Berührpunkt mit der durch die erste und die zweite Bewegungsrichtung aufgespannten Ebene 5/9 μ < tan ß < 9/5 μ beträgt. Alternativ kann dies auch im Mittel für die Berührpunkte gelten, wobei bei einer flächigen Anlage das Mittel durch den Quotient aus Flachenintegral und Fläche gebildet wird. Die flächige Anlage des Riegels an der Wirkfläche des Nockens vermeidet eine Punktlast und stellt durch die geringere Flächenpressung geringere Anforderungen an die Oberflächengüte bzw. -härte.
Vorteilhaft ist die Wirkfläche eine ebene Fläche. Auch eine Zylindermantelfläche ist denkbar. Diese ist besonders einfach zu fertigen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittlinie der Wirkfläche mit der durch die erste und die zweite Bewegungsrichtung aufgespannten Ebene ein Abschnitt einer logarithmischen Spirale mit ihrem Ursprung auf der Schwenkachse ist. Diese
Ausführungsvariante ist zwar aufwendiger zu fertigen, ermöglicht aber die Verwirklichung des erfindungsgemäßen Prinzips (weitgehende Aufhebung der Haftreibungskraft durch eine der Hangabtriebskraft entsprechende Kraft) in jedem Berührpunkt.
Im folgenden wird die Erfindung durch ein in der Zeichnung schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein als Sperrscheibe ausgebildetes Trägerelement mit einer Sperreinrichtung in schematischer Darstellung und
Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1.
In der Zeichnung ist ein Verriegelungsmechanismus für ein Drehkreuz dar- gestellt. Dieser weist eine Sperrscheibe 10 auf, die um eine Drehachse 12 drehbar ist. Die Sperrscheibe 10 ist fest mit den Sperrholmen des Drehkreuzes verbunden, so dass bei einer Blockierung ihrer Drehbewegung der in einem Durchgang der Personenschleuse ragende Sperrholm nicht bewegt werden kann und den Durchgang sperrt. Am Umfang der in der Draufsicht im wesentlichen kreisrunden Sperrscheibe 10 stehen in radialer Richtung in konstanten Winkelabständen angeordnete Nocken 14 ab, die seitliche Wirkflächen 16 aufweisen. Um die Drehbewegung der Sperrscheibe 10 blockieren zu können, sind zwei Riegel 18, 20 um Schwenkachsen 22 schwenkbar nahe der Sperrscheibe 10 gelagert. Durch Verschwenken um die Schwenk- achsen 22 können die Riegel 18, 20 zwischen einer Freigabestellung und einer Blockadestellung verschwenkt werden. Im in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der linke Riegel 18, mit dem die Drehbewegung der Sperrscheibe 10 entgegen dem Uhrzeigersinn blockierbar ist, in der Freigabestellung. Die Sperrscheibe 10 kann somit gegen den Uhrzeigersinn um die Drehachse 12 gedreht werden. Der rechte Riegel 20 befindet sich dagegen in der Blockadestellung. Dabei liegt eine Anlagefläche 24 an einer der Wirk-
flächen 16 an und hemmt die Drehung der Sperrscheibe 10. Das Verschwenken der Riegel 18, 20 zwischen der Freigabestellung und der Blockadestellung erfolgt mittels einer eine Rückstellkraft F bewirkenden Feder, die permanent auf den jeweiligen Riegel 18, 20 wirkt, und beim Fehlen ande- rer Kräfte den Riegel 18, 20 in die Freigabestellung drückt. Um die Riegel 18,20 in die Blockadestellung zu bewegen, sind Hubmagnete vorgesehen, die bei Betätigung der Rückstellkraft F entgegenwirken.
Soll der Riegel 20 von der in der Zeichnung dargestellten Blockadestellung in die Freigabestellung bewegt werden, so wirkt der Rückstell kraft F die zwischen der Anlagefläche 24 des Riegels 20 und der Wirkfläche 16 des Nockens 14 wirkende Haftreibungskraft entgegen. Diese ist um so größer, je stärker eine Person gegen den den Durchgang versperrenden Sperrholm drückt, wobei diese Kraft vom Sperrholm auf den Nocken 14 übertragen wird und ein Anpressen der Wirkfläche 16 an die Anlagefläche 24 bewirkt. Um in einer solchen Situation die Beweglichkeit des Riegels 20 zu verbessern, schließt die Bewegungsrichtung des Riegels 20 an jedem Berührpunkt mit der Bewegungsrichtung der Wirkfläche 16 einen solchen Winkel ß ein, dass die Haftreibungskraft teilweise durch eine nach außen gerichtete, der Hang- abtriebskraft entsprechende Kraft aufgehoben wird. Allgemeiner gesagt befindet sich der jeweilige Winkel ß zwischen der Bewegungsrichtung des Riegels 20 am jeweiligen Berührpunkt und dem Schnitt der Tangentialfläche an die Wirkfläche 16 im jeweiligen Berührpunkt mit der Drehebene (Zeichenebene in Fig. 1 ), wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel, in dem die Wirkfläche 16 als plane Fläche ausgeführt ist, die Tangentialfläche an die Wirkfläche 16 der Wirkfläche 16 selbst entspricht. Durch diese Massnahme entsteht bei Anpressen der Wirkfläche 16 an die Anlagefläche 24 eine der Hangabtriebskraft entsprechende Kraft, die die Bewegung des Riegels 18, 20 erleichtert. Im vorliegenden Fall ist diese der Hangabtriebskraft entspre- chende Kraft nur geringfügig kleiner als die Haftreibungskraft, und es gilt μ cos ß < 1 ,05 • sin ß für jeden der Winkel ß, so dass die Haftreibungskraft die
der Hangabtriebskraft entsprechende Kraft um weniger als 5% übersteigt, μ ist dabei der Haftreibungskoeffizient zwischen der Wirkfläche 16 und der Anlagefläche 24, der abhängig ist von den gewählten Materialien. Werden sowohl die Riegel 18, 20 als auch die Sperrscheibe 10 aus Stahl gefertigt, so beträgt μ ungefähr 0,15.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten:
Die Erfindung betrifft eine Personenschleuse für die zyklische Freigabe eines Durchgangs mit mindestens einem Sperrelement, das mit einem beweg- liehen Trägerelement verbunden ist und durch Bewegung des Trägerelements von einer den Durchgang an einer Sperrstelle versperrenden Sperrstellung in eine den Durchgang freigebende Durchgangsstellung beweglich ist, mit einer Sperreinrichtung zum Blockieren der Bewegung des Trägerelements, welche mindestens einen Riegel 18, 20 aufweist, der in einer BIo- ckadestellung an einer Wirkfläche 16 des Trägerelements an mindestens einem Berührpunkt anliegt, wobei der Riegel 18, 20 von der Blockadestellung in eine Freigabestellung beweglich ist, wobei seine Bewegung im Berührpunkt in einer ersten Bewegungsrichtung erfolgt, und wobei die Wirkfläche 16 sich im Berührpunkt bei Bewegung des Trägerelements in einer zweiten Bewegungsrichtung bewegt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Berührpunkt ein Winkel ß zwischen der ersten Bewegungsrichtung und einer Tangente an die Schnittlinie der Tangentialfläche an die Wirkfläche 16 im Berührpunkt mit der durch die erste und die zweite Bewegungsrichtung aufgespannten Ebene eingeschlossen ist, für dessen Tangens (tan ß) 5/9 μ < tan ß < 9/5 μ gilt, wobei μ der Haftreibungskoeffizient zwischen dem Riegel 18, 20 und der Wirkfläche 16 ist.