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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Ein-/Ausstiegseinrichtungen für Fahrzeuge des öffentlichen Personenverkehrs.
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Derartige Ein-/Ausstiegseinrichtungen sind insbesondere für Fahrgasttüren, aber auch für Einstiegsrampen, Schiebetritte und dergleichen an Fahrzeugen des öffentlichen Personenverkehrs an sich bekannt. Oftmals sind diese im Bereich der Türrahmen oder Türportale oberhalb einer Durchtrittsöffnung angeordnet. Beispielsweise sind Schwenkschiebetüren in der
EP 10 409 79 A2 und der
EP 13 146 26 A1 beschrieben. Die darin gezeigten Antriebe eignen sich also insbesondere für Schwenkschiebetüren, die eine Schwenk- und eine seitliche Verschiebung während des Öffnungs- und Schließvorgangs durchführen. Auch Antriebsvorrichtungen für reine Dreh- oder Schwenktüren, also Türen, die keine seitliche Verschiebung durchführen, sind in der Regel oberhalb oder unterhalb der Türen im Bereich des Türportals angeordnet. Auch die
DE 203 16 764 U1 beschreibt die Anordnung einer Antriebsvorrichtung im oberen Bereich des Türportals.
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Nachteilig bei diesen Antriebsvorrichtungen ist stets, dass diese erheblichen Bauraum benötigen. Es hat sich auch gezeigt, dass die Montage und Justierung solcher Antriebsvorrichtungen und Türen sehr zeitaufwendig ist.
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Aus der
DE 20 2008 007 585 U1 ist eine Antriebsvorrichtung insbesondere für Fahrgasttüren bekannt, die sehr kompakt baut. Durch ihre schmale und längliche Ausbildung ist es möglich, die Antriebsvorrichtung in eine Drehsäule einer Fahrgasttür zu integrieren. Die Unterbringung der Antriebseinheit unmittelbar in der Drehsäule hat neben der Raumeinsparung auch viele Vorteile hinsichtlich Wartung und Installation der gesamten Antriebsvorrichtung. Hinzu kommt, dass die Antriebsvorrichtung durch eine spezielle Lagerung von Belastungen durch Bewegungen des Fahrzeugs, des Portals oder der Drehsäule weitgehend frei gehalten wird.
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Ein Problem besteht bei solchen Kompaktantriebssystemen aber auch darin, dass dann, wenn im geöffneten oder geschlossenen Zustand größere äußere Kräfte auf beispielsweise die Türflügel aufgebracht werden, sehr große Kräfte über die Hebelarme des Türsystems auf die Antriebseinheit und das Getriebe der Antriebsvorrichtung ausgeübt werden. Diese Kräfte treten insbesondere bei Vandalismus oder bei Öffnungs- und Schließvorgängen in überfüllten Fahrzeugen auf und können gerade bei ruckartigem Einleiten z. B. am geöffneten Türflügel zu Beschädigung des Antriebs oder des Getriebes führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der oben genannten Art zu schaffen, die auch bei übermäßig großen Drehmomenten, die auf Ein/Ausstiegseinrichtungen, insbesondere Fahrgasttüren wirken, keinen Schaden nimmt. Dabei soll die Antriebsvorrichtung möglichst robust und stabil aufgebaut und die Herstellung und Installation einfach und kostengünstig möglich sein. Wesentlich ist auch, dass die Antriebsvorrichtung durch betriebsübliche Bewegungen des Fahrzeugs oder der Drehsäule keinen Schaden nimmt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Antriebsvorrichtung für Ein/Ausstiegseinrichtungen für Fahrzeuge des öffentlichen Personenverkehrs, mit einer Antriebseinheit, die in einer sich bei Öffnungs- und Schließvorgängen um eine Rotationsachse Z-Z drehenden Drehsäule, die die Ein-/Ausstiegseinrichtung öffnet und schließt, angeordnet ist und diese antreibt, wobei die Antriebseinheit über ein Haltebauteil am Fahrzeug gehalten ist und das Haltebauteil als Gegenlager für ein Drehmoment der Antriebseinheit wirkt, wobei zwischen der Antriebseinheit und dem Haltebauteil eine Kupplungsvorrichtung angeordnet ist, die bei Überschreiten eines Grenzwertes des auf die Antriebseinheit wirkenden Drehmoments eine Rotation der Antriebseinheit um die Rotationsachse Z-Z ermöglicht und zwischen der Kupplungsvorrichtung und dem Haltebauteil ein Lager vorgesehen ist, dass ein Taumeln der Drehsäule mit der Kupplungsvorrichtung ermöglicht und eine Rotation um die Rotationsachse Z-Z verhindert.
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Bei einer solchen Anordnung ist dem aufgebrachten Drehmoment dadurch ein Gegenlager entgegengesetzt, das die Antriebseinheit an einem feststehenden Bauteil des Fahrzeugs befestigt ist. Somit ist es möglich, dass das Abtriebsdrehmoment der Antriebsvorrichtung auf die Drehsäule übertragen werden kann und sich diese dreht.
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Erfindungsgemäß ist eine Lagerung der Antriebsvorrichtung bzw. Antriebseinheit vorgesehen, die berücksichtigt, dass aufgrund der Länge der Drehsäule Verwindungen und Auslenkungen derselben während des Betriebes kaum zu vermeiden sind. Die Bewegungen der Drehsäule kommen beispielsweise dadurch zustande, dass das Fahrzeug aufgrund von Beschleunigungs- und Bremsvorgängen sowie Kurvenfahrten gestaucht oder tordiert wird. Bei Bussen führt auch der Reifenkontakt mit Bordsteinen oder ähnlichen Kanten dazu, dass eine Fahrzeugverformung und damit eine Bewegung der Drehsäule entsteht. Da die Antriebseinheit an einem ortsfesten Bauteil festgelegt ist, können sich solche Verwindungen und Auslenkungen der Drehsäule negativ auf die Antriebsvorrichtung auswirken. Die Antriebseinheit ist deswegen über ein Lager mit dem Haltebauteil verbunden, dass ein Taumeln der Drehsäule ermöglicht, eine Rotation um die Rotationsachse Z-Z jedoch verhindert. Unter Taumeln wird eine Auslenkung aus der Rotationsachse Z-Z in X- und/oder Y-Richtung verstanden. Diese Funktion hebt sozusagen eine Relativbewegung zwischen der Antriebseinheit und der Säule auf.
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Vorteilhafterweise ist weiterhin eine Bewegung in Z-Richtung, also in Richtung der Rotationsachse Z-Z möglich, um einen Längenveränderung durch Stauchungen oder Streckungen der Drehsäule auszugleichen. Zu diesem Zweck ist eine Führungswelle, die die Antriebseinheit mit dem Lager verbindet, in einer Führung des Lagers verschiebbar gelagert. Die Führungswelle ist zur Übertragung des Drehmomentes vorzugsweise unrund, sie kann beispielsweise eine mehrkantige oder polygonale Geometrie aufweisen.
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Für die Funktion der Kupplungsvorrichtung ist entscheidend, dass sie funktional zwischen dem Haltebauteil und der Antriebseinheit angeordnet ist, theoretisch könnte sie demnach auch oberhalb des Lagers, also zwischen dem Haltebauteil und dem Lager positioniert sein. Die erfindungsgemäße Anordnung des Lagers zwischen der Kupplungsvorrichtung und dem Haltebauteil hat aber den wesentlichen Vorteil, dass die durch das Lager bewirkten Bewegungsfreiheitsgrade nicht nur die Drehsäule, sondern auch die Kupplungsvorrichtung vor Beschädigung und Verschleiß schützen. Die Taumelfähigkeit der Drehsäule mit der Antriebsvorrichtung und der Kupplungsvorrichtung wird sozusagen am höchsten Punkt, bereits unmittelbar im Bereich der Befestigung der Drehsäule mit den zugehörigen Komponenten schon am Haltebauteil bzw. Portal bewirkt. Hinzu kommt, dass diese Anordnung mit nur relativ wenigen und robusten Bauteilen realisierbar ist. Der Platzbedarf ist gering und die Lagerung weist nur geringes Spiel auf.
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Die bewegliche und flexible Lagerung der Antriebsvorrichtung bzw. Antriebseinheit ermöglicht den Einbau der Antriebsvorrichtung in verschiedene Fahrzeuge. Es ist sogar denkbar, die Antriebsvorrichtung in einer Drehsäule mit geringer Neigung, beispielsweise bis 5° Schräglage, einzusetzen. Auch hilft die bewegliche Lagerung Einbautoleranzen auszugleichen, was die Installation und Wartung der gesamten Antriebsvorrichtung erleichtert.
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Die Antriebsvorrichtung bzw. das Getriebe wird dadurch geschützt, dass sich die gesamte Antriebseinheit ab einem bestimmten Drehmoment mitdreht und somit Schäden vermieden werden. Entscheidend ist, dass die Kupplungsvorrichtung aber nur dann auskuppelt, wenn ein auf die Antriebseinheit wirkendes Drehmoment einen Grenzwert überschreitet, die für einen normalen Betrieb notwendigen Drehmomente aber problemlos übertragen werden. Die Kupplungsvorrichtung dient also als Sicherheitskupplung für die Antriebseinheit bzw. für das Getriebe.
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Die Kupplungsvorrichtung kann als Rutschkupplung ausgeführt sein, denkbar ist aber auch eine hydrodynamische oder elektrodynamische Kupplung. Auch kann eine sogenannte Brechbolzenkupplung eingesetzt werden, bei der Bolzen bei Erreichen des Grenzdrehmoments brechen. Diese Ausführung ist für bestimmte Anwendungsfälle sicherlich sinnvoll, hat aber den Nachteil, dass nach einer solchen Drehmomentüberschreitung ein Austausch der Bolzen notwendig ist.
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In einer besonders einfachen Ausführungsvariante weisen zwei Kupplungselemente jeweils Rastelemente, beispielsweise Verzahnungen auf, über die sie ineinander greifen und ein Drehmoment übertragen können. Denkbar ist die Verwendung von Kupplungsscheiben, die aufeinander liegen und sich im Normalbetrieb im Eingriff befinden. Mindestens eine der Kupplungsscheiben ist dabei mit einer Rückstellkraft beaufschlagt, beispielsweise durch eine Tellerfeder. Wird der Drehmomentgrenzwert überschritten, überwinden die Kupplungsscheiben die Rückstellkraft verdrehen über Flanken der Verzahnungen gegeneinander und werden dabei letztlich außer Eingriff gebracht. Das Drehmoment kann nicht mehr übertragen werden und die Kupplungsscheiben rutschen solange über die Verzahnungen bis das Drehmoment wieder nachlässt und die Rastelemente wieder in Eingriff kommen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Kupplungsvorrichtung als Sperrkörperkupplung ausgeführt. Dies bedeutet, dass zusätzliche Körper zwischen den Kupplungselementen angeordnet sind, die das Drehmoment übertragen. Beispielsweise können dies federbelastete Kugeln, Bolzen oder Klauen sein, die bei Erreichen des Grenzdrehmoments aus korrespondierenden Nuten rutschen und somit ein Verdrehen der Kupplungselemente zulassen.
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Grundsätzlich ist es möglich, die Kupplungsvorrichtung derart auszuführen, dass diese nur in einer Drehrichtung auskuppelt, in anderer Drehrichtung jedoch sperrt. Dies ist beispielsweise für die Ausgestaltung der Zahnflanken oder im Falle einer Sperrkörperkupplung der Nuten erreichbar. In letzterem Fall kann der Sperrkörper, beispielsweise die Kugel, nur in einer Drehrichtung auf einer Flanke einer Vertiefung oder Nut bewegt werden, in der anderen Drehrichtung ist die Flanke beispielsweise gerade ausgeführt, dass sie die Bewegung der Kugel sperrt.
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Die Drehsäule selbst ist drehbar gelagert, vorzugsweise ebenfalls im gleichen Haltebauteil, das auch die Antriebseinheit lagert. Durch den Einsatz eines herkömmlichen Gelenklagers zur Lagerung der Drehsäule kann sich diese im Haltebauteil drehen und gleichzeitig Positionsabweichungen zwischen oberen und unterem Lager in X und Y-Richtung ausgleichen. Der Schwenkpunkt der Führungswelle und das Drehsäulenlager sollten dabei auf einer Ebene liegen, also in etwa an gleicher Position der Rotationsachse Z-Z angeordnet sein. Dies verhindert Verspannungen und Belastungen der Lager und bewirkt, dass die Bewegung der Antriebseinheit und Drehsäule möglichst parallel verlaufen.
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Als besonders geeignetes Lager hat sich ein Kugelwellengelenklager erwiesen. Die Führungswelle wird mittels Kugeln in einer Kugelaufnahme geführt. In der Führungswelle sind kugelförmige Vertiefungen angeordnet, die die Kugeln in Position halten. In der Kugelaufnahme sind korrespondierende längliche Vertiefungen in Z-Richtung vorgesehen, in denen die Kugeln geführt werden. Durch die Lage der länglichen Führungen in Z-Richtung wird die Drehbewegung um Z verhindert, gleichzeitig aber ein Taumeln um Z-Z bzw. eine kombinierte Drehung um X und Y ermöglicht. Die Kugelaufnahme kann vorzugsweise zweiteilig aufgebaut sein.
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Die Führungswelle kann vorzugsweise eine entlang ihrer Längsachse verlaufende durchgehende Bohrung aufweisen, durch die notwendige Kabel und ähnliche Verbindungen geführt werde können. Eine solche Bohrung hat den Vorteil, dass zum einen die Raumausnutzung optimiert wird, zum anderen darin geführte Kabel und Verbindungen geschützt sind.
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Die Antriebseinheit kann unterschiedlich aufgebaut und angeordnet sein. Beispielsweise kann das Getriebe über seine Abtriebswelle als die Führungswelle mit dem Lager verbunden sein, denkbar ist aber auch eine Anordnung, bei der die Abtriebswelle des Antriebsmotors als Führungswelle fest mit dem Lager verbunden ist. Im letzteren Fall ist auch das Gehäuse des Getriebes, z. B. eines Planetengetriebes, fest mit der Drehsäule verbunden. Im Prinzip wird die Antriebseinheit im Gegensatz zur ersten Ausführungsvariante lediglich gedreht, so dass das Getriebe in Richtung Untergrund weist. Wird der Antriebsmotor bestromt, rotiert das Gehäuse der Antriebseinheit, wodurch die Drehsäule in Drehung versetzt wird. Bei dieser Ausführung können ein Außenrohr für die Antriebseinheit und die Drehmomentabstützung im Bereich des Lagers entfallen.
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Es kann eine nicht selbsthemmende Antriebseinheit bzw. ein nicht selbsthemmendes Getriebe, vorzugsweise ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen sein, die Blockade wird also nicht durch die Antriebseinheit bzw. das Getriebe, sondern durch eine Blockierungsvorrichtung vorzusehen. Eine manuelle Betätigung der Ein-/Ausstiegseinrichtungen ist aufgrund der geringen Selbsthemmung im Notfall stets gewährleistet, es muss dazu lediglich die Blockierungswirkung der Blockierungseinrichtung aufgehoben werden. Dies führt zu einem hohen Maß an Sicherheit.
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Da eine Selbsthemmung des Antriebs bzw. des Getriebes nicht gegeben ist, ist eine zusätzliche Blockade des Antriebs zwingend erforderlich. Diese kann durch eine zusätzliche Bremseinrichtung erfolgen, die im nichtbestromten Zustand eine mechanische Verriegelung des Antriebs bewirkt. Diese Bremse ist elektrisch und manuell von Hand entriegelbar, um den Antrieb zu entkoppeln und damit eine elektrische und/oder manuelle Bedienung zu ermöglichen. Die manuelle Entriegelung der Bremse kann über eine bekannte Federkraftbremse mit Handlüftung erfolgen, wobei die Handlüftung der Bremse für eine mechanische Notentriegelungseinrichtung genutzt werden kann. Derartige Bremsen sind unter dem Begriff „Low-Activ-Bremse” bekannt. Alternativ ist aber auch jede andere geeignete Blockierungsvorrichtung verwendbar. Die Bremse kann beispielsweise mittels Federkraft auf die Antriebswelle des Antriebsmotors wirken und elektromagnetisch lösbar sein.
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Die Verwendung einer so genannten High-activ Bremse ist erfindungsgemäß ebenfalls möglich. Eine solche Bremse ist bekannt auch unter dem Begriff Ankerkraftbremse bekannt. Das bedeutet die Bremse ist im bestromten Zustand aktiv und die Tür ist in dieser Position fixiert. Dabei ist Vorraussetzung, dass die Einstiegstür mit einer externen Verriegelungseinrichtung versehen ist, um bei einem länger abgestellten Fahrzeug den Einstieg dauerhaft sicher zu verriegeln. Dies kann z. B. durch ein fernbedienbares Zentralverriegelungsschloss erfolgen.
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Erfindungsgemäß kann auf eine Bremse als Blockierungseinrichtung sogar vollständig verzichtet werden, wenn der Antriebsmotor kurzgeschlossen werden kann. Über das auftretende Kurzschlussmoment des Antriebsmotors kann so die Tür verriegelt gehalten und ein Bewegen der Tür verhindert werden. Diese Funktion ist immer gewährleistet, auch wenn das Fahrzeug steht und nicht in Betrieb ist. Wird die Notentriegelung betätigt, wird vorzugsweise über einen mechanischen Schalter die Verbindung zwischen den beiden Kontakten des Motors unterbrochen, das Kurzschlussmoment wird aufgehoben und die Tür kann ohne Probleme leicht von Hand geöffnet werden. Die Selbstverriegelung der Tür wird also durch einfaches Trennen der Plus- oder Minusleitung des Motors aufgehoben. Die Verriegelung ist im stromlosen Zustand des Motors immer vorhanden, das heißt, ein Stromausfall hat keinen ändernden Einfluss auf diese. Bei Stromausfall oder ausgefallener Elektronik kann die Notentriegelung stets durch Betätigung des Kurzschluss-Schalters erfolgen. Es ist möglich, die Ein-/Ausstiegseinrichtung, insbesondere eine Tür, nach Unterbrechung des Kurzschlusses durch Zurück schalten des Schalters wieder zu verriegeln.
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Der Kurzschlussschalter funktioniert erfindungsgemäß vorzugsweise unmittelbar ohne Hilfsenergie und damit auch bei stillgelegtem Fahrzeug oder bei Stromunterbrechung. Die Vorteile der Verwendung eines solchen Kurzschluss-Schalters liegen zum einen in der Reduzierung der notwendigen Bauteile für die Notentriegelung, zum andern kann der Kurzschluss-Schalter an beliebiger ergonomisch günstiger Stelle platziert werden, das Verlegen von sonst üblichen Bowdenzügen oder Pneumatikleitungen entfällt.
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Erfindungsgemäß ist auch eine Kombination einer Verriegelung auf Basis eines Kurzschlusses und die Verwendung einer Bremse oder mechanischen Verriegelung möglich. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn das Kurzschlussmoment nicht ausreicht, um die Tür sicher zu verriegeln.
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Der schaltbare Kurzschluss kann vorteilhafterweise durch Sonderwicklungen der Motorwicklungen gewährleistet werden, die ausschließlich zur Herstellung des Kurzschlusses vorgesehen sind. Durch Sonderwicklungen kann auch eine erhöhte Bremswirkung bzw. Verrieglungswirkung erreicht werden.
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Weiterhin kann das Ausgangselement des Untersetzungsgetriebes mit einer Hub-Dreheinheit verbunden sein, eine an sich bekannte Komponente, die insbesondere bei Außenschwenktüren eingesetzt wird. Über den Türhub erfolgt dabei eine formschlüssige Verbindung des Türblattes mit dem Türportal über Schließkeiler Anstelle einer nicht selbsthemmenden Antriebseinheit ist selbstverständlich auch eine selbsthemmende Ausführung einsetzbar. Das Gesamtuntersetzungsgetriebe kann beispielsweise in zwei Einzelgetriebe aufgeteilt sein, die durch eine ausrückbare Kupplungsvorrichtung miteinander gekoppelt sind. Die ansteuerbare Kupplungsvorrichtung kann als unter Federkraft einrückende Kupplungsvorrichtung ausgebildet sein, die an eine manuell betätigbare Notfall-Entriegelungs-Vorrichtung angeschlossen ist.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das erste Untersetzungsgetriebe mit dem Antriebsmotor und der ersten Kupplungshälfte gemeinsam axial mittels Federkraft einer Druckfeder mit der zweiten Kupplungshälfte und dem zweiten Untersetzungsgetriebe verbunden. In dieser Ausführung ist der Aufbau an der Kupplungsvorrichtung ausgesprochen einfach und mit deutlich weniger Bauteilen realisierbar. Der Außendurchmesser bleibt ebenso deutlich kleiner, da der Anbindungspunkt des Bowdenzugs zentral im Gehäuse vorgesehen ist.
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Ist die Kupplungsvorrichtung erfindungsgemäß als Sperrkörperkupplung ausgeführt, kann ein Abstützungselement formschlüssig mit der Antriebseinheit verbunden und über ein Kupplungslager drehbar an einem Haltebauteil, welches fest mit dem Fahrzeug verbunden ist, befestigt sein. Das Abstützungselement weist axial verlaufende Vertiefungen auf, in welchen Kupplungskugeln gelagert sind. Die Kupplungskugeln reichen jeweils bis in axial verlaufende Führungen des Lagergehäuses hinein, wodurch ein Drehmoment übertragen werden kann. Das Lagergehäuse ist fest mit dem Haltebauteil des Fahrzeugs verbunden, die Kupplungskugeln werden über eine Druckscheibe während des Normalbetriebs in Position gehalten, wobei die Druckscheibe selbst wiederum mit einer Federkraft beaufschlagt wird. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, eine möglichst flache Tellerfeder zu verwenden, da diese eine sehr flache Kraftkennlinie aufweist.
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Alternativ kann das Abstützungselement auch durch ein tellerförmiges Bauteil mit Vertiefungen gebildet sein, in denen die Kugeln gelagert sind. Ein solches tellerförmiges Bauteil ist leicht und kostengünstig zu fertigen.
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Im normalen Betrieb bleiben die Kupplungskugeln durch die Federkraft in den Vertiefungen und Führungen, überschreitet das Drehmoment aber den Grenzwert, schieben sich die Kugeln entlang von Seitenflanken der Vertiefungen in axialer Richtung, wodurch das Abstützungselement und somit die Antriebseinheit samt Drehsäule rotiert. Eine Rotation kann dabei bis zum nächsten Aussparung erfolgen, in die die Kugel aufgrund der Rückstellkraft der Feder gedrückt wird.
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Der Grenzwert, also das Drehmoment, bei welchem sich die Kugeln aus den Vertiefungen bewegen können, kann über die Größe der Kraft des Tellerfederpakets und über den Winkel der Seitenflanken der Aussparungen bestimmt werden. Ebenso kann der zulässige Weg bei Überschreiten des Grenzwertes über die Anzahl der Aussparungen vorgegeben werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante sind acht Aussparungen mit acht Kugeln auf 360° vorgesehen, wodurch sich ein Weg von 45° ergibt.
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Weiterhin kann ein Überwachungselement vorgesehen sein, das ein Entkuppeln der Kupplungsvorrichtung registriert. Denkbar ist ein Schaltelement das in Aussparungen des Abstützungselementes greift und so durch eine Rotation des Abstützungselementes betätigt wird. Das ausgebende Signal kann beispielsweise dem Fahrer eine Rückmeldung über Vandalismus geben, oder anderweitig in der Türsteuerung ausgewertet werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung weist das unmittelbar am Haltebauteil angeordnete Lager insgesamt drei Kugelgelenklager auf. Das erste Drehlager fluchtet mit der Rotationsachse Z-Z und erlaubt ein Ausschwenken der Drehsäule aus der Vertikalen in alle Richtungen. Zur Übertragung des Drehmoments ist eine Drehmomentstütze vorgesehen, die auch ein Verdrehen der Kupplungsvorrichtung um die Drehachse Z-Z verhindert. Die Drehmomentstütze weist zwei weitere Kugelgelenklager auf, außerhalb der Rotationsachse Z-Z angeordnet und über ein Zwischenelement mit einer Außenseite der Kupplungsvorrichtung verbunden sind. Über die Kupplungsvorrichtung wird das Antriebsdrehmoment über die Drehmomentstütze in das Haltebauteil und von dort weiter in das Portal geleitet.
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Alle drei Lager sind als Kugelgelenklager ausgeführt, so dass trotz der Verhinderung der Drehbewegung der Kupplungsvorrichtung durch die Drehmomentstütze ein Schwenken oder Taumeln der Drehsäule in alle Richtungen möglich ist. Die in der Drehmomentstütze angeordneten Kugelgelenklager sind vorteilhafterweise derart angeordnet, dass die Drehachsen aller drei Lager in etwa auf gleicher Höhe bzw. in einer horizontalen Ebene angeordnet sind. Hierdurch werden ungünstige Hebeverhältnisse vermieden und optimale Kräfteverhältnisse gewährleistet. Grundsätzlich ist aber auch ein Versatz der Drehlager bezüglich ihrer Höhe möglich.
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Unterhalb des ersten Kugelgelenklagers, das mit der Drehachse Z-Z fluchtet, ist erfindungsgemäß die Kupplungsvorrichtung vorgesehen, die an ihrer dem Lager abgewandten Seite eine Abtriebswelle eines Getriebes aufnimmt, die über eine verzahnte Wellenaufnahme drehfest, aber in Längsrichtung der Drehsäule, also entlang der Drehachse Z-Z verschiebbar mit der Kupplungsvorrichtung verbunden ist. Die Wellenaufnahme selbst ist drehbar in einer die Wellenaufnahme umschließenden weiteren Aufnahme gelagert, die ihrerseits wiederum drehbar in einer Lagerhülse der Antriebsvorrichtung positioniert ist.
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Die Aufnahme ist fest mit einem Außenrohr bzw. der Drehsäule selbst verbunden, die Lagerhülse dient dem Rohrdurchmesserausgleich zwischen dem Innendurchmesser des Außenrohrs bzw. der Drehsäule und dem Außendurchmesser der Aufnahme. Die Lagerhülse ist mit dem Außenrohr bzw. der Drehsäule verschraubt und als Verschleißteil austauschbar ausgeführt.
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Die gesamte Kupplungsvorrichtung ist über die Abbtiebswelle und die Wellenaufnahme axial entlang der Drehachse Z-Z verschiebbar, was einen Längenausgleich der gesamten Drehsäule mit der Antriebsvorrichtung ermöglicht.
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Ausgehend von der Kupplungsvorrichtung schließt sich nach unten über die Motorwelle das Getriebe der Antriebsvorrichtung an. Es folgen der Motor und eine Bremse. Vorteilhafterweise kann sich an die Bremse weiterhin ein weiteres, einfacher aufgebautes Getriebe anschließen, das mit einem Geber für eine Drehwegerfassung verbunden ist, beispielsweise einen Inkremental- oder Absolutwertgeber.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert:
In den Zeichnungen zeigen:
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1: eine Prinzipdarstellung einer Antriebsvorrichtung,
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2: einen schematisierten Axialschnitt einer ersten beispielhaften Ausführungsform einer Antriebseinheit für Ein/Ausstiegseinrichtungen (ohne Kupplung);
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3: eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Lagerung der Antriebsvorrichtung (ohne Kupplung),
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4: eine Schnittdarstellung einer Lagerung der Antriebsvorrichtungen mit erfindungsgemäßer Kupplungsvorrichtung,
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5: eine vergrößerte Darstellung des Kupplungsbereichs aus 4,
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6: eine teilweise Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit Kupplung,
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7: eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A aus 5,
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8: eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie B-B aus 5,
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9: eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie C-C aus 5,
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10: eine erste Schnittdarstellung zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips der Kupplungsvorrichtung,
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11: eine zweite Schnittdarstellung zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips der Kupplungsvorrichtung,
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12: eine Explosionszeichnung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
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1 zeigt in einer vereinfachten Prinzipdarstellung eine Antriebsvorrichtung 20. Eine Antriebseinheit 22 ist in einer Drehsäule 24 untergebracht. Die Drehsäule 24 weist Haltearme 26 für die Befestigung einer nicht gezeigten Tür auf und ist über ein Bodenlager 28 drehbar auf einem Untergrund, üblicherweise einem Fahrzeugboden, gelagert. Weiterhin ist ein Drehlager 38 gezeigt, über das die Drehsäule 24 drehbar um eine Längsachse Z-Z in einem Lager 34 gelagert ist.
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Die Antriebseinheit 22 ist über ein Drehsäulenlager 30 drehfest mit der Drehsäule 24 verbunden, so dass über das Drehsäulenlager 30 eine Drehbewegung der Drehsäule 24 bewirkt werden kann. Aus der Antriebseinheit 22 erstreckt sich eine Führungswelle 32 in das Lager 34 hinein und ist über ein Antriebseinheitslager 36 drehfest mit diesem verbunden. Das Antriebseinheitslager 36 kann beispielsweise als Kugelwellengelenklager ausgeführt sein und dient der Aufnahme des Drehmomentes der Antriebseinheit 22, die wiederum fest mit einem Haltebauteil 40 verbunden ist (vgl. 4 und 5).
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2 zeigt eine als Kompaktantrieb aufgebaute und in der Drehsäule 24 angeordnete Antriebseinheit 22, beispielsweise für eine Fahrgasttür, bei der innerhalb eines schlanken, rohrförmig ausgebildeten Gehäuses 42 in axialer Richtung hintereinander ein elektrischer Antriebsmotor 44 und ein Getriebe 46, vorzugsweise ausgelegt als Untersetzungsgetriebe, dargestellt als dreiteiliges Planetengetriebe, angeordnet sind. An den Antriebsmotor 44 schließt sich eine Bremse 48 an, die ebenfalls innerhalb des Gehäuses 42 untergebracht ist und als unter Federkraft einrückende und elektromagnetisch und mechanisch lösbare „Low-Active-Bremse” oder als „High-Active-Bremse” ausgeführt sein kann. Das Getriebe 46 ist nicht selbsthemmend ausgeführt.
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Ein nicht erkennbares Abtriebselement des Antriebsmotors 44 ist mit einem ebenfalls nicht erkennbaren Eingangselement des Getriebes 46 verbunden, dessen Abtriebswelle 54 Führungswelle 32 über das Drehsäulenlager 30 mit der Drehsäule 24 verbunden ist. Die Drehsäule 24 verjüngt sich unterhalb der Antriebseinheit 22.
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Die Führungswelle 32 erstreckt sich aus dem Gehäuse 42 in das Lager 34 hinein, wobei das Lager mit dem Haltebauteil 40 des Fahrzeugs verbunden ist.
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Das vom Antriebsmotor 44 erzeugte Drehmoment wird über das Getriebe 46 auf die Getriebeabtriebswelle 54 übertragen. Im Notfall muss lediglich die Bremse 48 gelöst werden, wonach die manuelle Betätigung der Fahrgasttür aufgrund der fehlenden Selbsthemmung des Getriebes 46 ohne weiteres möglich ist.
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Anstelle oder zusätzlich zur Bremse 48 kann zur Verriegelung auch eine Kurzschlussvorrichtung vorgesehen sein, die die Motorwicklungen des Antriebsmotors 44 zur Verriegelung kurzschließt.
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Sämtliche elektrischen und mechanischen Anschlusselemente, z. B. ggfs. ein Bowdenzug zur manuellen Entriegelung der Bremse, sind innerhalb des Gehäuses 42 angeordnet. Auch kann bei Verwendung der Antriebsvorrichtung 20 in einer Hub-Dreheinheit ein Sensor zur Huberfassung vorgesehen sein.
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3. zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 20, eine Kupplungsvorrichtung 72 ist nicht gezeigt. In diesem Fall wirkt die Getriebeabtriebswelle 54 als Führungswelle 32, ragt in das Lager 34 hinein und ist dort drehfest gelagert. Das Gehäuse des Planetengetriebes 46 ist drehfest mit der Drehsäule 24 verbunden. Wird der Antriebsmotor bestromt, rotiert auch das Gehäuse des Planetengetriebes 46 der Antriebseinheit 22, wodurch die Drehsäule 24 in Drehung versetzt wird. Bei dieser Ausführung kann ein Außenrohr 42 (vgl. 2) entfallen.
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Die 4, 5 und 6 zeigen die Lagerung der Antriebseinheit 22 am Haltebauteil 40 über das Lager 34, wobei in 5 der Kupplungsbereich vergrößert dargestellt. Die erfindungsgemäße Lagerung der Drehsäule 24 erfolgt über das erste Gelenklager 64, in dem sich die Drehsäule 24 um die Längsachse Z-Z drehen und Taumelbewegungen ausgleichen kann. Um eine Verschiebung der Antriebseinheit 22 in Z-Richtung während des Taumelns zu ermöglichen, ist die Führungswelle 32, die in einer Wellenaufnahme 66 in Z-Richtung verschiebbar gelagert, über trägt aber das Drehmoment der Antriebseinheit 22 über eine unrunde Außenkontur.
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Die Wellenaufnahme 66 ist drehbar in einer die Wellenaufnahme 66 umschließenden weiteren Aufnahme 67 gelagert, die ihrerseits drehbar in einer Lagerhülse 70 der Antriebsvorrichtung 20 positioniert ist. Die Lagerhülse 70 ist fest mit einem Außenrohr 25 der Drehsäule 24 verbunden. Die Lagerhülse 70 dient dem Durchmesser-Ausgleich zwischen dem Innendurchmesser des Außenrohrs 25 in diesem Bereich und dem Außendurchmesser der Aufnahme 67 und ist über Schrauben 68 mit dem Außenrohr 25 verschraubt.
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Eine Kupplungsvorrichtung 72 ist unterhalb des ersten Gelenklagers 64 angeordnet und über die Wellenaufnahme 66 mit der unteren Drehsäule 24 verbunden. Die Wellenaufnahme 66 weist im weiteren Verlauf ein Abstützungselement 74 mit im wesentlichen horizontal angeordneten Vertiefungen 80 auf, die mit Mulden 82, die in einer Druckscheibe 88 angeordnet sind, fluchten (vgl. 7 bis 12). In den Vertiefungen 80 befinden sich Kupplungskugeln 84, die der Übertragung des Drehmoments dienen. In einem Kupplungsgehäuse 78 ist weiterhin als Rückstellkraftelement eine Tellerfeder 86 angeordnet, die über die Druckscheibe 88 eine Kraft auf die Kupplungskugeln 84 ausübt, und diese in die Vertiefungen 80 hineindrückt oder dort hält. Weitere Details zum Aufbau der Kupplungsvorrichtung 72 ergeben sich insbesondere aus den 7 bis 11.
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Das Kupplungsgehäuse 78 ist mit einem inneren Lagergehäuse 76 verbunden, das auch Teil des ersten Gelenklagers 64 ist. Das erste Gelenklager 64 ist durch ein äußeres Lagergehäuse 77 umschlossen.
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Das Lager 34 weist neben dem ersten Gelenklager 64 ein zweites Gelenklager 65 und ein drittes Gelenklager 69 auf, die in einer Drehmomentstütze 71 angeordnet sind. Über ein Zwischenelement 73 sind die beiden äußeren Gelenklager 65, 69 mit der Kupplungsvorrichtung 72 verbunden. Ein Drehen der Kupplungsvorrichtung 72 wird durch die Drehmomentstütze 71 wirksam verhindert, ein Taumeln der Drehsäule ist aber über die drei Gelenklager 64, 65, 69 möglich. Die Drehachsen der drei Gelenklager 64, 65, 69 sind auf einer Höhe bzw. in einer Ebene angeordnet, was ein günstiges Kräfteverhältnis bewirkt.
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In 6 ist weiterhin eine Steckvorrichtung 75 erkennbar, die dem Anschluss nicht gezeigter elektrischer Verbindungskabel dient. Die Verbindungskabel können schnell und einfach über eine Kabel- oder Bowdenzugführung 79 befestigt werden, auch können gewöhnliche Kabelbinder zu Hilfe genommen werden.
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In den 4 und 5 ist außerdem erkennbar, dass das Zwischenelement 73 und damit auch die Drehmomentstütze 71 über Befestigungsschrauben 99 mit der Kupplungsvorrichtung 72 verbunden sind.
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An die Kupplungsvorrichtung 72 schließt sich in die vom Haltebauteil 40 wegweisende Richtung (nach unten), das Getriebe 46, vorzugsweise ausgelegt als Untersetzungsgetriebe, an. Es folgen der der Antriebsmotor 44 und die Bremse 48. Weiterhin ist eine Zweitgetriebe 43 dargestellt, das mit einem nicht gezeigten Geber für eine Drehwegerfassung verbunden ist. Das Zweitgetriebe 43 ist ein einfaches, beispielsweise aus Kunststoff gefertigtes Getriebe, das nicht der Drehmomentübertragung, sondern lediglich zur Drehwegerfassung dient. Als zugehöriger Geber eignet sich beispielsweise ein Inkremental- oder Absolutwertgeber.
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Die Schnittdarstellungen in den 7 bis 11 verdeutlichen den Aufbau der Kupplungsvorrichtung 72. Das Abstützungselement 74 weist axial verlaufende Vertiefungen 80 auf, die im Normalbetrieb mit ebenfalls axial verlaufenden Führungen 82, die im Lagergehäuse 76 angeordnet sind, fluchten. In den Vertiefungen befinden sich Kupplungskugeln 84, die zur Übertragung des Drehmoments in die Führung 82 hineinragen. Im Kupplungsgehäuse 78 ist weiterhin als Rückstellkraftelement die Tellerfeder 86 angeordnet, die über die Druckscheibe 88 eine Kraft auf die Kupplungskugeln 84 ausübt, und diese in die Vertiefungen 80 hineindrückt oder dort hält.
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7 lässt erkennen, dass ein horizontal verlaufender Ringabschnitt 90 zwischen die Kupplungskugeln 84 und die Druckscheibe 88 hineinragt. Wie in 10 erkennbar, verlaufen die Führungen 82 axial durch diesen Ringabschnitt 90, so dass die Kupplungskugeln 84 mit der Druckscheibe 88 in Kontakt kommen können.
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Die 8 und 9 zeigen ein Schaltelement 92 mit einem Schaltarm 94, der in auf dem Außenumfang des Abstützungselements 74 angeordnete Aussparungen 96 eingreift. Rotiert das Abstützungselements 74, wird der Schaltarm 94 bewegt und das Schaltelement 92 geschaltet. Das damit zusammenhängende Signal kann beispielsweise einem Fahrer eine Rückmeldung über Vandalismus geben oder anderweitig verwertet werden.
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Die 10 und 11 verdeutlichen in einer stark vereinfachten Prinzipdarstellung die Funktionsweise der Kupplungsvorrichtung 72. Erkennbar ist u. a. eine Kupplungskugel 84, die im Normalzustand gemäß 8 in einer Vertiefung 80 angeordnet ist und in die Führung 82 hineinragt. Die Druckscheibe 88 hält die Kupplungskugel 84 in der Vertiefung 80.
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11 zeigt den Zustand, der sich bei Überschreiten des Grenzwertes des aufgebrachten Drehmoments ergibt. Das Abstützungselement 74 hat sich gedreht und die Kupplungskugel 84 ist entlang einer Seitenflanke 98 nach oben in Richtung der Druckscheibe 88 getrieben worden. Das Drehmoment hat die Rückstellkraft der Tellerfeder 86 überstiegen, wodurch die Kupplungskugel 84 in der Führung 82 bis auf einen Scheitelpunkt 100 zwischen zwei Vertiefungen 80 gerollt ist. In dieser Position kann sich das Abstützungselement 70 drehen, bis der Grenzwert wieder unterschritten wird und die Kupplungskugel 84 zurück in eine der folgenden Vertiefung 80 gedrückt wird.
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12 verdeutlicht den Aufbau der Antriebsvorrichtung 20 in einer Explosivdarstellung.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch gleichwirkende weitere Ausführungsformen. Die Figurenbeschreibung dient lediglich dem Verständnis der Erfindung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1040979 A2 [0002]
- EP 1314626 A1 [0002]
- DE 20316764 U1 [0002]
- DE 202008007585 U1 [0004]
