Ziel der Entwicklung

Mit der Entwicklung werden die folgenden Ziele verfolgt:

• Der Türschließer hat eine deutlich größere Schließ- als Öffnungskraft

• Er soll auch nach beliebig kleiner Öffnung die volle Schließkraft erbringen Das erste Ziel wir dadurch erreicht, dass sich 2 Kolben (Feder- und Schließkolben) abhängig von der Bewegungsrichtung (Öffnen und Schließen) und vom Bewegungsbereich des Schließkolbens (Durchtritts- und Schließbereich) mit unterschiedlichen Übersetzungen bewegen.

Das zweite Ziel wird dadurch erreicht, dass Schließ- und Federkolben nach dem Schließvorgang nicht anliegen, so dass der unter Druck stehende Ölraum zwischen dem Feder- und dem Schließkolben noch einen Energiespeicher bildet.

Allgemein

Es handelt sich bei den Bildern um stark vereinfachte Prinzipzeichnungen, die nur dazu dienen, die Wirkungsweise zu verdeutlichen.

Kolben

Der Federkolben K2 liegt an der Schließfeder 5 an. Der Schließkolben K1 besteht aus den beiden Teilen K11 und K12. Beide Kolben sind mit Dichtringen (nicht dargestellt) versehen um Leckage zu vermeiden. Der Schließkolben K1 hat eine Verzahnung 4, durch die bei einer Bewegung ein im Gehäuse 1 auf einer Antriebsachse 2 montiertes Ritzel 3 gedreht wird, wobei das mit der Abtriebsachse 2 verbundene Gestänge (nicht dargestellt) die Tür (nicht dargestellt) bei einer Bewegung des Schließkolbens K1 nach rechts öffnet und nach links schließt.

Druckräume

A zwischen Gehäuse 1 und der linken Stirnfläche von Kolben K1

B zwischen Kolbenteil K11 , Kolbenteil K12 und Gehäuse 1

C zwischen Kolbenteil K12, Federkolben K2 und Gehäuse 1

D zwischen der rechten Seite des Federkolben K2 und Gehäuse 1 Stellungen des Schließkolbens

sk1 = 0 Endstellung

sk1 = 0-ss Schließbereich - beim Schließen mit großer Schließkraft

sk1 = sg Grenzöffnungsbereich - bei einer Öffnung

^■ über diesen Bereich hinaus vergrößert sich der Kolbenabstand im Schließzustand

^■ bis zu diesem Bereich bleibt der Kolbenabstand im Schließzustand konstant

^■ unterhalb dieses Bereichs verkleinert sich der Kolbenabstand im Schließzustand

sk1 >ss Durchtrittsbereich - beim Schließen mit kleiner Schließkraft

(sk1 ist der Abstand der linken Front des Schließkolbens K1 zum Gehäuse).

Bezeichnungen

a>b Bohrung zwischen A und B, die durch Ra>b einen Öistrom von A nach B zulässt

b>a Bohrung zwischen A und B, die durch SVb>a einen Öistrom von B nach A zulässt

ad Bohrung zwischen A und D, die einen Öistrom in beiden Richtungen zulässt a>d Bohrung parallel zur Bohrung ad, die einen Öistrom von A nach D zulässt b>c Bohrung zwischen B und C, die durch Rb>c einen Öistrom von B nach C zulässt

c>b Bohrung zwischen C und B, die durch Rc>b einen Öistrom von C nach B zulässt

cd Bohrung zwischen C und D, die einen Öistrom in beide Richtungen zulässt d>a Teil der Bohrung ad, der durch Rd>a einen Öistrom von D nach A zulässt Db>a Drossel in der Bohrung b>a

Da>d Drossel in der Bohrung a>d

K1 Schließkolben

K11 Teil des Schließkolbens mit großem Durchmesser

K12 Teil des Schließkolbens mit kleinem Durchmesser

K2 Federkolben

Ra>b Rückschlagventil in der Bohrung a>b

Rb>c Rückschlagventil in der Bohrung b>c Rd>a Rückschlagventil in der Bohrung d>a

SVb>a Sicherheitsventil in Bohrung b>a

Ü Fk1 / Fk2 = sk2 / sk1 Kraft- und Hub- Übersetzung

zwischen Feder- und Schließkolben

Ak12 rechte Stirnfläche des Schließkolbenteils K12

Ak2 Stirnfläche des Federkolbens

Ak1 linke Stirnfläche des Schließkolbens

Öffnungsvorgang im Schließbereich (vgl. Fig. 1)

Durch die Öffnungsbewegung erzeugt K11 Unterdruck in A - und öffnet dadurch das Sicherheitsventil SVb>a - und Überdruck in B, der

• zu einem Teil über die Bohrung b>c und das Rückschlagventil Rb>c nach Druckraum C abfließt und dadurch den Federkolben K2 nach rechts drückt

• zu einem Teil über die Bohrung b>a, die Drossel Db>a und das Sicherheitsventil SVb>a in den Druckraum A zurückfließt.

Je größer die Drosselwirkung von Db>a ist umso kleiner ist der Rückfluss von B nach A und umso größer ist der Fluss von B nach C und damit die Verdrängung des Federkolbens K2. Diese Drossel wir so eingestellt, dass der Rückfluss von B nach A gerade so groß ist, dass Schließkolben K1 und Federkolben K2 eine ungefähr gleiche Geschwindigkeit haben:

Hierdurch ergibt sich eine Übersetzung

Ü1 = sk2/sk1 = Fk1/Fk2 = 1

Das durch den Federkolben im Druckraum D verdrängte öl kann über die Bohrung ad und deren Teilbohrung d>a mit dem Rückschlagventil Rd>a ungedrosselt in den Druckraum A entweichen - diese Öffnungsbewegung ist somit ungedrosselt. Öffnungsvorgang im Durchtrittsbereich (Fig. 2)

Diese Übersetzung wird auch im Durchtrittsbereich beibehalten: auch hier fließt das durch K11 in B verdrängte öl zum Teil über b>c und Rb>c in den Raum C zum Teil über b>a, Db>a und SVb>a nach A zurück.

Es herrscht somit auch in diesem Öffnungsbereich die gleiche Übersetzung Ü1 = sk2/sk1 = Fk1/Fk2 = 1

Auch dieser Teil der Öffnungsbewegung erfolgt ungedrosselt.

Schließvorgang im Durchtrittsbereich (Fig. 2)

Durch die Kraft der an den Federkolben K2 anliegenden Feder 5 erzeugt der Federkolben im Druckraum C Überdruck, das hierdurch verdrängte Öl kann wegen des Rückschlagventils Rb>c weder über die Bohrung b>c noch - durch die Abdeckung des Kolbenteils K11 - noch über die Bohrung c>b in den Druckraum B abfließen - der Druckraum C ist somit für sich geschlossen, so dass die größere Querschnittsfläche des Federkolbens K2 die kleinere Querschnittsfläche des Kolbenteils K12 so verdrängt, dass sich der Schließkolben K1 vom Federkolben K2 entfernt.

Hierdurch ergibt sich eine Übersetzung von Ü2 = sk2/sk1 = Fk1/Fk2 = Ak12/Ak2 < 1

Durch den durch die an den Federkolben K2 anliegende Schließfeder 5 erzeugten Überdruck im Druckraum C wird der Schließkolben in Schließrichtung nach links gedrückt. Durch diese Schließbewegung entsteht im Druckraum B ein Unterdruck, der über die Bohrung a>b und das Rückschlagventil Ra>b öl aus Druckraum A absaugt.

Das durch den Schließkolben K1 in A verdrängte öl wird durch das Rückschlagventil Rd>a gezwungen, durch die Umgehungsbohrung a>d und deren Drossel Da>d zu fließen, dieser Schließvorgang erfolgt somit gedrosselt. Schließvorgang im Schließbereich (Fig. 3)

Das im Druckraum C durch den Federkolben K2 verdrängte öl kann jetzt zum Teil über die Bohrung c>b und das Rückschlagventil Rc>b in den Druckraum B abfließen, von dort jedoch nicht über die Bohrung b>a weiter in den Druckraum A, da diese Bohrung durch das Sicherheitsventil SVb>a geschlossen ist, das nur bei Unterdruck im Druckraum A öffnet. Auch ein Abfließen über die Bohrung a>b ist nicht möglich, da diese durch den SchließkolbenKH gesperrt wird. Die Druckräume B und C sind somit für sich verbunden und zu den anderen Druckräumen geschlossen. Die Querschnittsfläche Ak2 des Federkolbens K2 wirkt somit jetzt auf die größere Gesamtquerschnittsfläche Ak1 = Ak12 + Ak11 des Schließkolbens, so dass sich der Schließkolben k1 mit kleinerem Hub und größerer Kraft als der Federkolben K2 bewegt. Dadurch ergibt sich jetzt die Kolbenübersetzung

Ü3 = Fk1 / Fk2 = sk2 / sk1 = Ak1 / Ak2 >1

Auch dieser Teil der Schließbewegung ist durch Da>d gedrosselt. Schließkolben in Endstellung (Fig. 4)

K2 ist in seiner Endstellung angelangt - der Federkolben K2 verharrt aber trotz des durch den Federkolben in C erzeugten Drucks in seiner letzten Stellung, da das Öl aus den für sich geschlossenen Räumen C und B nicht abfließen kann:

• da a>b und b>a geschlossen sind (siehe oben) ist ein Abfließen von B nach A verhindert

• eine Leckage von Raum B nach Raum A und von dort über a>d, Ra>d und Da>d nach Raum D über den Spalt des Schließkolbens K1 ist durch den Dichtring im Schließkolben verhindert

• eine Leckage von Raum C nach Raum D über den Spalt des Federkolbens ist durch den Dichtring im Federkolben verhindert. Öffnungsvorgang mit kleinem Öffnungswinkel (es erfolgt kein Durchtritt) Theoretische Betrachtung des Grenzhubes sg

Bei jeder Öffnung mit Ü1 bleibt der Abstand zwischen K1 und K2 ungefähr gleich - bei jedem Schließvorgang mit Ü2 (außerhalb des Schließbereichs ss) entfernen sie sich zunächst voneinander um sich dann im Schließbereich mit Ü2 wieder anzunähern.

Es bildet sich somit ein Grenz- Öffnungswinkel und hiermit durch die Kolbenverzahnung ein Grenz- Öffnungsweg des Schließkolbens sg, bei dem die Entfernung zwischen den Kolben K1 und K2 nach dem Öffnen und dem Schließen gleich bleibt:

Gesamtweg des Federkolbens K2

Öffnen mit Ü1 um sg

sk2ö (Weg des Federkolbens K2 beim Öffnen) = sg Schließen außerhalb des Schließbereichs mit Ü2:

sk2s1 (Weg von K2 beim Schließvorgang mit Ü2) = - (sg - ss) ^* Ü2 (ss = Hub des Schließkolbens im Schließbereich)

Schließen innerhalb des Schließbereichs mit Ü3:

sk2s2 (Weg von K2 beim Schließvorgang mit Ü3) = - ss ^* Ü3

Beim Öffnen mit dem Grenzwinkel ist der Gesamtweg des Federkolbens = 0: Er liegt wieder im gleichen Abstand zum Schließkolben wie vorher:

sg - (sg - ss) ^* Ü2 - ss ^* Ü3 = 0 Daraus ergibt sich für den Grenz- Öffnungsweg: sg = ss * (Ü3 - Ü2) / (1 - Ü2)

Bei jeder Öffnung, die größer als der Grenzwinkel ist entfernen sich Feder- und Schließkolben von einander. Bei jeder Öffnung, die kleiner als der Grenzwinkel ist, nähern sie sich an. (Bei den in den Abbildungen gezeigten Größenverhältnissen ergibt sich ein Grenzwinkel, der ungefähr doppelt so groß ist wie der des Schließbereichs - also ein relativ kleiner Winkel weit unterhalb des Durchtrittsbereichs). Bei jeder Öffnung im Durchtrittsbereich - eine Öffnung, die eine Person braucht um durchzutreten - wird der alte Abstand zwischen Feder- und Schließkolben, wie er vor der kleinen Öffnung herrschte, mindestens wieder hergestellt.

Mehrere nacheinander erfolgende normale Öffnungsvorgänge (s > sg)

Wird der Grenzhub sg durch die Wahl der Kolbenflächen so gewählt, dass er unterhalb des Hubes liegt, der sich beim normalen Durchtritt einer Person ergibt, bedeutet das, das sich hierbei jedes Mal eine weitere Entfernung der Kolben im Schließzustand ergibt. Dies geschieht bis der Federkolben in seiner rechten Endstellung ist:

Jetzt sind die Räume D und C über die Bohrung cd miteinander verbunden und das Öl wird über cd von C nach D geleitet.

Der anschließende Schließvorgang erfolgt wie oben beschrieben. Theoretischer Öffnungs- und Schließverlauf (Fig. 6)

Fig. 6 zeigt den theoretischen Verlauf einer Öffnung und anschließender Schließung (ohne Berücksichtigung der Federkennlinie und der Reibungsverluste). Die Tür wird gegen das durch die Schließfeder erzeugte Moment Mf geöffnet und dann zunächst mit dem geringeren Schließmoment Mf * Ü2 und darauf im Schließbereich mit dem größeren Schließmoment Mf ^* Ü3 geschlossen. Die Energie, die durch die Absenkung des Moments gewonnen wird (entspricht der Fläche I) ist deutlich größer als die Energie, die durch die Anhebung des Moments im Schließbereich (entspricht Fläche II) verbraucht wird. Die Energiedifferenz ist die im Türschließer gespeicherte Energie nach Ende der Schließung: Durch den Abstand der Kolben hat die Schließfeder noch nicht ihre ganze Energie aufgebraucht. Bezeichnungsliste

1 Gehäuse

2 Abtriebsachse

3 Ritzel

4 Verzahnung

5 Feder

A Druckraum zwischen Gehäuse und Schließkolben

B Druckraum zwischen Gehäuse und den Kolbenteilen K11 und K12

C Druckraum zwischen dem Schließkolben und dem Federkolben

D Druckraum zwischen dem Gehäuse und rechten Teil des Federkolbens a>b Bohrung zwischen A und B, die durch Ra>b einen Ölstrom von A nach B zulässt

b>a Bohrung zwischen A und B, die durch SVb<a einen Ölstrom von B nach A zulässt

ad Bohrung zwischen A und D, die einen Ölstrom in beiden Richtungen zulässt a>d Bohrung parallel zur Bohrung ad, die durch Ra>d einen Ölstrom von A nach D zulässt

b>c Bohrung zwischen B und C, die durch Rb>c einen ölstrom von B nach C zulässt

c>b Bohrung zwischen C und B, die durch Rc>b einen Ölstrom von C nach A zulässt

cd Bohrung zwischen C und D, die einen ölstrom in beiden Richtungen zulässt d>a Teil der Bohrung ad, der durch Rd>a einen Ölstrom von d>a zulässt

Db>a Drossel in der Bohrung b>a

Da>d Drossel in der Bohrung a>d

K1 Schließkolben

K11 Teil des Schließkolbens mit großem Durchmesser

K12 Teil des Schließkolbens mit kleinem Durchmesser

K2 Federkolben

Ra>b Rückschlagventil in der Bohrung a>b

Rb>c Rückschlagventil in der Bohrung b>c

Rd>a Rückschlagventil in der Bohrung d>a

SVb>a Sicherheitsventil in Bohrung b>a

SVc>d Sicherheitsventil in Bohrung c>d ss Stellung des linken Rands von K1 , in der beim Schließvorgang der Schließbereich beginnt

Legende zu den Abbildungen:

Fig. 1 Öffnungsvorgang im Schließbereich

Öffnung im Schließbereich (sk1<ss)

Fig. 2 Schließvorgang im Durchtrittsbereich

Öffnung im Durchtrittsbereich (sk1>ss)

Fig. 3. Schließvorgang im Schließbereich

Fig. 4 Schließkolben in Endstellung

Schließkolben K1 in Endstellung

Fig. 5 Federkolben in Endstellung

Fig. 6 Theoretischer Öffnungs- und Schließverlauf