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Die Erfindung betrifft eine Druckfederanordnung zur Betätigung einer Klappe, insbesondere Rauchabzugsklappe oder Kuppel, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei einer derartigen bekannten Druckfederanordnung zur Betätigung einer Rauchabzugsklappe gemäß
FR 2 671 821 A ist ein lineares Antriebselement bzw. ein Linearantrieb einer Betätigungseinrichtung zentral unter einem beweglichen Traversenteil angeordnet, welches zusammen mit einer Rauchabzugsklappe schwenkbar ist, wobei der maximale Öffnungswinkel über 110°, zum Beispiel 135°, beträgt. Das lineare Antriebselement in Form eines doppelt wirkenden Pneumatikzylinders dient beim Öffnen der Rauchabzugsklappe hauptsächlich zur Entriegelung der Rauchabzugsklappe sowie sekundär zum Aufbringen einer zusätzlichen Kraft zu derjenigen von zwei Öffnungsmechanismen im Falle einer Zusatzlast, zum Beispiel Schneelast. Die beiden Öffnungsmechanismen sind beidseitig zu dem linearen Antriebselement auf parallelen Innenseiten eines Aufsatzkranzes angeordnet. Sie greifen mit einem Ende etwa in der Mitte der Längserstreckung der Seiten des Aufsatzes an diesen an. Jeder der beiden Öffnungsmechanismen umfasst eine hydropneumatische Feder sowie eine Zugfeder aus Metall, die in zueinander parallelen vertikalen Ebenen an innen in dem Aufsatz einander gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Das der Befestigungsstelle an dem Aufsatz entgegengesetzte Ende der hydropneumatischen Feder ist mit dem beweglichen Lüftungsrahmen verbunden, so dass sie in geschlossener Stellung des Rahmens annähernd waagerecht liegt. Das der Befestigungsstelle entgegengesetzte Ende der metallischen Zugfeder ist demgegenüber in dieser Stellung des Lüftungsrahmens abgesenkt und steht über ein einseitig gelenkiges Gestänge mit dem beweglichen Lüftungsrahmen in Verbindung. Die beiden Öffnungsmechanismen sollen im wesentlichen die Betätigungskraft zum Öffnen der Rauchabzugsklappe zur Verfügung stellen, während die zentrale Betätigungseinrichtung, welche das lineare Antriebselement umfasst, die zum Schließen erforderliche Kraft zur Verfügung stellen soll und, wie oben erwähnt, das Öffnen nur unterstützen soll, um bei Überlast das Öffnen zuverlässig zu bewirken. Beim Öffnen werden die als Druckfedern wirkenden hydropneumatischen Federn durch die metallischen Zugfedern infolge der Hebelwirkung des Gestänges unterstützt, über welches letztere mit dem beweglichen Lüftungsrahmen in Verbindung stehen. Bevor der Lüftungsrahmen in seine Endstellung gelangt, kann seine Öffnungsbewegung insbesondere durch die Zugfedern gedämpft werden. Beim Schließen der Rauchabzugsklappe bzw. des beweglichen Lüftungsrahmens durch das lineare Antriebselement werden die hydropneumatischen Federn und die Zugfedern wieder gespannt. Diese bekannte Gasfederanordnung ist wegen der zusätzlichen Zugfedern und verschiedenen Hebelsysteme, die einerseits an dem linearen Antriebselement und andererseits an den Öffnungsmechanismen vorgesehen sind, kompliziert. Die Anordnung der beiden Öffnungsmechanismen, welche jeweils die metallische Zugfeder und die hydropneumatische Feder umfassen, jeweils im seitlichen Abstand zu dem linearen Antriebselement, ist sperrig und kann das Einleiten von Verwindungskräften in den Lüftungsrahmen begünstigen. Die Dimensionierung der Gasfederanordnung hinsichtlich Hub und/oder Kraft ist auch deswegen aufwendig, weil die hydropneumatischen Federn über den gesamten großen Öffnungswinkel der Klappe stets mit dieser sowie mit dem ortsfesten Aufsatz bzw. Aufsatzkranz verbunden sind. Weitere Öffnungsmechanismen für Rauchabzugsklappen sind aus der
DE 602 02 326 T2 und der
DE 77 23 981 U bekannt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte unkomplizierte Druckfederanordnung zur Betätigung einer Klappe zu schaffen, bei der die von der Druckfeder oder den Druckfedern sowie von dem Linearantrieb insbesondere beim Öffnen der Klappe mit Zusatzlast bzw. Schneelast aufzubringenden Kräfte optimiert sind, so dass ein möglichst schwach dimensionierter Linearantrieb zur zuverlässigen Betätigung der Klappe genügt.
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Diese Aufgabe wird für eine Druckfederanordnung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Die erfindungsgemäße Druckfederanordnung kann zur Betätigung von Klappen, insbesondere Rauchabzugsklappen um Öffnungswinkel von über 90° vorgesehen werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Druckfederanordnung wird dem Problem Rechnung getragen, dass für Klappen bzw. Flügel, insbesondere wenn diese mit Glas gefüllt sind, und wegen Zusatzlasten, insbesondere durch Schnee, hohe Öffnungskräfte zu Anfang einer Öffnungsbewegung aus der geschlossenen Stellung bzw. Schließstellung der Klappe erforderlich sind, wenngleich jeweils am Ende eines Öffnungsvorgangs, wenn die Klappe sich einer senkrechten Stellung nähert, in der das Eigengewicht der Klappe von deren Lager, insbesondere Scharnieren, aufgenommen wird, die zum weiteren Öffnen, aber auch Schließen der Klappe erforderlichen Kräfte geringer sind.
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Hierzu ist die Anordnung mindestens einer Druckfeder an dem linearen Antriebselement bzw. Linearantrieb vorgesehen, der beispielsweise ein Elektroantrieb oder ein Pneumatikzylinder oder Hydraulikzylinder sein kann. Die mindestens eine Druckfeder ist eine Gasfeder nach Anspruch 4 oder eine Metalldruckfeder nach Anspruch 5.
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Indem das lineare Antriebselement und die mindestens eine Druckfeder in der Position der Klappe zwischen deren Schließstellung und einer vorgegebenen Klappenneigung miteinander verbunden sind, addieren sich die Druckkräfte, welche das lineare Antriebselement und die wenigstens eine Druckfeder auf die Klappe ausüben, am Anfang des Öffnens, zu dem hohe Kräfte erforderlich sind. Im Verlaufe des weiteren Öffnungsvorganges kann die Öffnungskraft abnehmen, da sich auch die auf die Druckfeder und das lineare Antriebselement effektiv wirkende Last verringert. Eine signifikante Verringerung der effektiven Last tritt ein, wenn keine Zusatzlast bzw. Schneelast wirksam ist, weil eine Schneelast spätestens nach Erreichen einer Klappenneigung, die vorzugsweise gemäß Anspruch 7 auf 45° angesetzt werden kann, von der Klappe abgerutscht ist. Ab dieser Klappenneigung wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem linearen Antriebselement und der Druckfeder aufgehoben, da die Kraft des linearen Antriebselements genügt, um die Klappe in die maximale Öffnungsstellung und von dieser zurück in die Schließstellung zu bewegen. Zum Bewegen der Klappe in die Schließstellung hat das lineare Antriebselement zusammen mit dem Gewicht der Klappe die mindestens eine Druckfeder vorzuspannen. Mit der hierfür erforderlichen Dimensionierung des linearen Antriebselements stellt dieses auch eine Kraft zusätzlich zu der Druckfederöffnungskraft der Druckfeder(n) zur Verfügung, um ein sicheres Öffnen unter Schneelast zu gewährleisten. Desgleichen genügt diese Kraft des linearen Antriebselements, wie oben erwähnt, für die weitere Öffnungsbewegung und das Schließen der Klappe. Die oben erwähnte kraftschlüssige Verbindung zwischen dem linearen Antriebselement und der mindestens einen Druckfeder ist eine Verbindung, welche eine Druckkraft von der Druckfeder zusätzlich zu der Druckkraft des linearen Antriebselements auf die Klappe zum Öffnen überträgt, bzw. eine Druckkraft, welche das lineare Antriebselement bei Schließen der Klappe auf die Druckfeder zum Spannen überträgt.
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Infolge der Entkopplung des linearen Antriebselements von der Gasfeder im Verlaufe des Öffnungsvorgangs ab einer vorgegebenen Klappenneigung ist es in dem Fall, in dem die mindestens eine Druckfeder eine Gasfeder ist, möglich, den Hub der mindestens einen Gasfeder kleiner zu wählen als im Falle einer ständigen Verbindung über den gesamten Öffnungswinkel.
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Die Druckfederanordnung ist unkompliziert und bildet eine kompakte Einheit, weil das lineare Antriebselement und die mindestens eine Druckfeder, insbesondere Gasfeder, fest, das heißt bei jeder Öffnungsstellung bzw. Schließstellung der Klappe parallel aneinander angeordnet sind.
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Für den Fall, dass die Klappe in Relation zu der vorgesehenen bzw. vorgeschriebenen Zusatzlast relativ leicht ist, sind bei einer optimierten Dimensionierung des linearen Antriebselements und der Gasfeder nach Anspruch 2 die maximale Kraft des linearen Antriebselements und die Druckfederöffnungskraft in Schließstellung der Klappe im Wesentlichen gleich. Durch diese Dimensionierung der Druckfederanordnung ist es möglich, die maximale Kraft, zu deren Abgabe das lineare Antriebselement geeignet sein muss, gegenüber einer fiktiven Vergleichsanordnung zu halbieren, in welcher die mindestens eine Druckfeder nicht vorhanden ist, so dass das lineare Antriebselement die gesamte Öffnungskraft alleine aufzubringen hätte.
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Für den Fall, dass die Klappe im Vergleich zu der vorgesehenen Zusatzlast relativ schwer ist, wird nach Anspruch 3 die Druckfeder bevorzugt stärker dimensioniert als das lineare Antriebselement.
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Eine unkomplizierte kompakte Bauweise der Druckfederanordnung nach Anspruch 1 mit mindestens einer relativ kleinen Gasfeder als Druckfeder und einer zuverlässigen selbsttätig lösbaren Kopplung der mindestens einen Gasfeder mit dem linearen Antriebselement umfasst an einem Ende einer Linearantriebsstange des linearen Antriebselements eine Klappenanbindung, die als Anschlag der Gasfederstange(n) der mindestens einen Gasfeder ausgebildet ist. Der Hub der mindestens einen Gasfeder bzw. deren Gasfederstange kann dann kürzer als derjenige der Linearantriebsstange sein. Die als Anschlag der Gasfederstange ausgebildete Klappenanbindung dient in unkomplizierter Weise der kraftschlüssigen Verbindung der Gasfederstange(n) und der Linearantriebsstange über einen Teilhub der Letzteren. Nur die Linearantriebsstange ist fest mit der Klappenanbindung verbunden.
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Eine besonders einfache, kompakte und robuste Antriebseinheit bildet die Druckfederanordnung nach Anspruch 6, bei der zwei Gasfedern als Druckfedern an zwei äußeren Längsseiten des Linearantriebs angebracht sind, so dass die Gasfederstangen und die Linearantriebsstange, genauer deren fiktive Mittelachsen, im Wesentlichen in einer Ebene liegen. Die als Anschlag ausgebildete Klappenanbindung an dem Ende der Linearantriebsstange wird von den genannten fiktiven Mittelachsen rechtwinklig geschnitten. Damit kann erreicht werden, dass keine Kippkräfte bzw. -momente durch die Ankopplung der beiden Gasfedern entstehen.
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Die oben erwähnte vorgegebene Klappenneigung, bis zu der die mindestens eine Gasfeder mit dem linearen Antriebselement und der Klappe an dem Anschlag kraftschlüssig verbunden ist, beträgt nach Anspruch 8 bevorzugt höchstens 45°, woraus sich eine erhebliche Verkürzungsmöglichkeit des Hubs und der Gasfederstange der mindestens einen Gasfeder in Relation zu einem Hub ergibt, der sonst bei ununterbrochen kraftschlüssiger Verbindung bis zu dem maximalen Öffnungswinkel erforderlich wäre.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in der Zeichnung mit sechs Figuren dargestellt ist, aus denen sich weitere Konkretisierungen der erfindungsgemäßen Merkmale ergeben können. Es zeigen:
- 1 eine Gasfederanordnung als Druckfederanordnung in Verbindung mit einer Klappe in Schließstellung in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht, schematisch,
- 2 die Gasfederanordnung mit Klappe gemäß 1, jedoch in einem teilweise geöffneten Zustand der Klappe bei einer vorbestimmten Klappenneigung,
- 3 die Gasfederanordnung mit Klappe gemäß den 1 und 2, jedoch in einer in diesem Ausführungsbeispiel maximalen Öffnungsstellung der Klappe,
- 4a die gegenüber den 1 bis 3 größer und detaillierter dargestellte Gasfederanordnung in eingefahrenem Zustand in einer Draufsicht,
- 4b die Gasfederanordnung nach 4a in einer Seitenansicht,
- 5a die Gasfederanordnung in ausgefahrenem Zustand der Gasfeder, entsprechend dem teilweise geöffneten Zustand der Klappe mit vorgegebener Klappenneigung gemäß 2, in einer Draufsicht,
- 5b die Gasfederanordnung gemäß 5a, jedoch in einer Seitenansicht,
- 6a die Gasfederanordnung in einem ausgefahrenen Zustand eines linearen Antriebselements, entsprechend der maximalen Öffnungsstellung der Klappe gemäß 3, in einer Draufsicht und
- 6b die Gasfederanordnung gemäß 6a in einer Seitenansicht.
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Die in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Gasfederanordnung dient zur Betätigung einer Klappe 2 , die um eine Drehachse 3 zum Beispiel in einer nicht dargestellten Traverse in einem Aufsatz 4 auf einem Dach drehbar ist. An einer zu der Drehachse 3 entfernten Verbindungsstelle 5 steht die Klappe 2 mit einer Klappenanbindung 15 schwenkbar in Verbindung. Eine weitere schwenkbare Verbindung der Gasfederanordnung an deren der Verbindungsstelle 5 abgewandten Ende ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Die Schwenkbarkeit der letzteren Verbindung ist in den 1- 3 aus der Neigung der Gasfederanordnung 1 in deren unterschiedlichen Stellungen ersichtlich.
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In den 1-3 ist bei Position 6 eine Schneelast als Zusatzlast zu dem Eigengewicht der Klappe 2 angedeutet, die bei Überschreiten einer vorbestimmten Neigung der Klappe 2 gemäß 2 von der Klappe abrutscht und in der ganz geöffneten Stellung der Klappe 2 gemäß 3 gänzlich von der Klappe 2 entfernt ist.
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In den 4-6, die den Stellungen der Gasfederanordnung in den 1 bis 4 entsprechen, ist die Gasfederanordnung mehr im Einzelnen dargestellt. Hieraus ist ersichtlich, wie zwei Gasfedern 7 und 8 direkt an einem linearen Antriebselement, einem Linearmotor 9 , fest angebracht sind, und zwar an zwei äußeren Längsseiten 10 des Antriebselements.
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Aus den 6a und 6b sind voll ausgefahrene Gasfederstangen bzw. Kolbenstangen 12 und 13 ersichtlich, die kürzer als eine Linearantriebsstange 14 bemessen sind. In den 6a und 6b sind die Gasfederstangen 12 und 13 und die Linearantriebsstange 14 jeweils in ihrer voll ausgefahrenen Position gezeigt. In den 5a und 5b sind die Gasfederstangen 12 und 13 voll ausgefahren, die Linearantriebsstange 14 ist jedoch teilweise eingefahren, so dass sie nur so lang wie die optimale Länge der Gasfederstangen 12 , 13 aus dem linearen Antriebselement 9 herausragt. In den 4a und 4b sind hingegen die Gasfederstangen 12 , 13 und die Linearantriebsstange 14 ganz eingefahren.
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Weiterhin ist aus den 4-6 die fest an dem äußeren Ende der Linearantriebsstange 14 angebrachte Klappenanbindung 15 ersichtlich, die als Anschlag für die Gasfederstangen 12 , 13 im Querschnitt annähernd U-förmig geformt ist.
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An der Klappenanbindung 15 können die nicht bezeichneten äußeren Enden der Gasfederstangen 12 , 13 in den in den 4a, 4b, 5a, 5b gezeigten Stellungen der Linearantriebsstange 14 und deren Zwischenstellungen nur anliegen. Bei weiter ausgefahrenen Stellungen der Linearantriebsstange 14 bis zu deren Endstellung gemäß den 6a, 6b sind hingegen die Enden der beiden Gasfederstangen 12 , 13 von der Klappenanbindung 15 gelöst.
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Bei Öffnen der Klappe 2 aus der in 1 dargestellten Schließstellung wird die Klappenanbindung 15 in den 4a, 4b durch die Gasfederstangen 12 , 13 nach rechts gedrückt, wobei gleichzeitig die Linearantriebsstange 14 ausfährt und die Klappenanbindung 15 mitnimmt. Bei dem Öffnen der Klappe 2 aus der in 1 dargestellten Schließstellung wird somit die größte Öffnungskraft zumindest hälftig kumulativ durch die entsprechend dimensionierten Gasfedern 7 , 8 mittels der Gasfederstangen 12 , 13 aufgebracht, die mit den äußeren Enden gegen die Klappenanbindung 15 drücken, und nur mit einem restlichen Öffnungskraftanteil des linearen Antriebselements 9 , aufgebracht, bis die Klappenanbindung 15 die in den 5a und 5b dargestellte Position erreicht. In dieser Position, der eine vorgegebene Klappenneigung und ein teilweise geöffneter Zustand der Klappe 2 entspricht, rutscht spätestens die Schneelast 6 ab, so dass die Gasfederanordnung 1 entlastet wird.
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Zum vollständigen Öffnen der Klappe 2 in die in 3 dargestellte maximale Öffnungsstellung genügt der Schub der Linearantriebsstange 14, deren Klappenanbindung 15 sich, wie in 6a und 6b dargestellt, von den äußeren Enden der Gasfederstangen 12 , 13 gelöst hat, um die Klappe zuverlässig in die maximale Öffnungsstellung zu drehen.
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Desgleichen dreht die mit der Klappe 2 stets in kraftschlüssiger Verbindung stehende Klappenanbindung 15 die Klappe 2 zum Schließen zuverlässig zurück, wobei das Schließen ohne Zusatzlast aus der in 3 ersichtlichen maximalen Öffnungsstellung über die in 2 gezeigte vorgegebene Klappenneigung erfolgt. Bei der in 2 gezeigten Klappenneigung gelangt die Klappenanbindung 15 wieder zur Anlage an den äußeren Enden der Gasfederstangen 12 , 13 , die somit in die Gasfedern 7 , 8 eingeschoben werden und diese spannen, bis die in 1 gezeigte Schließstellung der Klappe 2 wieder erreicht ist, aus der ein neuer Öffnungsvorgang mit wesentlicher Unterstützung durch die gespannten Gasfedern 7, 8 erfolgen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gasfederanordnung/Druckfederanordnung
- 2
- Klappe
- 3
- Drehachse
- 4
- Dach (Aufsatz)
- 5
- Verbindungsstelle
- 6
- Zusatzlast (beispielsweise Schneelast)
- 7
- Druckfeder/Gasfeder
- 8
- Druckfeder/Gasfeder
- 9
- lineares Antriebselement
- 10
- äußere Längsseite
- 12
- Gasfederstange
- 13
- Gasfederstange
- 14
- Linearantriebsstange
- 15
- Klappenanbindung