Электромеханический привод створчатой или распашной двери (варианты) - RU2287651C2
Код документа: RU2287651C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к электромеханическому приводу створчатой или распашной двери, имеющему дверной доводчик.
В заявке DE 4124282 С2 описан электромеханический привод створчатой или распашной двери, наиболее близкий к изобретению по технической сущности, электродвигатель которого соединен - в некоторых случаях через промежуточную муфту - с редуктором, который либо непосредственно, либо через соответствующую промежуточную кинематическую цепь соединен с валом дверного доводчика. Такой дверной доводчик может быть выполнен при этом в виде дверного доводчика с направляющей планкой. Поскольку электродвигатель через одну или несколько кинематических цепей непосредственно соединен с валом дверного доводчика, для обеспечения требуемой характеристики открывания и закрывания двери необходимы дополнительные управляющие электродвигателем генераторы импульсов, реле времени, сигнализаторы и концевые выключатели.
Известны далее приводимые в действие вручную дверные доводчики с направляющей планкой, в корпусе которых установлен направленно перемещающийся в нем и опирающийся на возвратную пружину поршень, имеющий зубчатую рейку, в зацеплении с которой находится шестерня, установленная на валу дверного доводчика.
Подобные дверные доводчики с направляющей планкой, называемые также дверными доводчиками с шестеренным приводом, обладают существенным преимуществом перед традиционными дверными доводчиками, а именно они не имеют свободно выступающей в помещение системы рычагов, а имеют лишь один плоско прилегающий к дверной обвязке или дверному полотну приводной рычаг, который взаимодействует с ползуном, перемещающимся в направляющей планке. Однако недостаток таких дверных доводчиков состоит в том, что плоско прилегающий к дверной обвязке или дверному полотну приводной рычаг, работающий во взаимодействии с традиционным симметричным шестеренным приводным механизмом, не обеспечивает оптимальное распределение нагрузки, прикладываемой к двери. По этой причине существует необходимость оптимизировать конструкцию шестеренного приводного механизма с целью обеспечить при открывании и закрывании двери максимально плавное перемещение шестерни по соответствующей зубчатой рейке и тем самым поршня в его корпусе с максимально малыми потерями на трение, что одновременно соответствует идеальной эпюре моментов.
В дверных доводчиках известной конструкции используются аксиальные или эксцентриковые шестерни.
Дверной доводчик с эксцентриковой шестерней известен из заявки ЕР 0856628 А1, при этом начальная прямая зубьев его зубчатой рейки расположена под углом в пределах от 4,5 до 7,2° к направлению движения поршня. Выбор конкретного угла определяется размерами дверного доводчика, соответственно усилием, развиваемым его возвратной пружиной. В таком известном дверном доводчике не обеспечивается оптимальное и прежде всего характеризующееся малыми потерями на трение и плавное перекатывание зубьев шестерни по зубчатой рейке из-за эксцентричного расположения шестерни и прямолинейной формы зубчатой рейки, при этом на графике изменения величины момента появляются скачки.
Аналогичное решение, предусматривающее применение располагаемой наклонно прямолинейной зубчатой рейки, описано в патенте US 633682.
Применение в дверном доводчике эксцентриковой шестерни с кривой обката, характеризующейся различными плечами силы относительно оси вращения, известно далее из заявок DE 3645313 С2 и DE 3645314 С2. Используемая в паре с такой шестерней зубчатая рейка имеет соответственно дугообразную кривую обката.
В известном из заявки DE 821772 С2, соответственно из заявки FR 966945 дверном доводчике его вал соединен с эксцентриковой эллиптической шестерней, которая находится в зацеплении с зубчатой рейкой, расположенной наклонно со стороны поршня. Использование подобной эллиптической передачи благодаря различным по длине плечам сил эллиптической шестерни позволяет в некоторой степени согласовать передаточное отношение в такой передаче с требуемой эпюрой моментов.
В патенте US 1359144 описан пневматический дверной доводчик, в конструкции которого используется цилиндрическая эксцентриковая шестерня, которая находится в зацеплении с непрямолинейной зубчатой рейкой, выполненной на поршне. Такая цилиндрическая шестерня имеет зубчатый венец правильной формы с кругообразной кривой обката, при этом за счет эксцентриситета шестерни в зубчатой передаче возникают силы с различными плечами.
В DE 3638353 А1, ЕР 0207251 А2, DE 941264 и US 2933755 описаны различные конструкции поршневого привода в дверных доводчиках, в которых за счет использования кривошипного механизма в сочетании с эксцентриковыми или аксиальными шестернями, в некоторых случаях с применением промежуточной передаточной зубчатой пары, обеспечивается непосредственное приложение нагрузки к возвратной пружине.
Аксиальные шестерни известны из заявок ЕР 0056256 А2, а также из ЕР 0350568 А2. В заявке ЕР 0056256 А2 описан дверной доводчик, который имеет поршень с двумя расположенными зеркально-симметрично друг напротив друг зубчатыми рейками и аксиальную шестерню, которая в положении, соответствующем закрытой двери, укороченными зубьями зацепляется с обеими этими зубчатыми рейками поршня.
Описанный в EP 0350568 A2 дверной доводчик имеет аксиальную шестерню, расположенные по окружности зубья которой имеют непрерывно увеличивающуюся высоту и которые зацепляются со стержнями имеющей соответственно криволинейную форму зубчатой рейки.
В DE 4444131 А1 и DE 4444133 А1 описан приводной механизм двери или окна, имеющий по существу аксиальную шестерню с зубчатым венцом, который занимает примерно половину ее периметра и зубья которого расположены на плечах различной длины и перекатываются по зубчатой рейке с соответствующим образом криволинейной кривой обката.
В основу настоящего изобретения была положена задача разработать компактный и недорогой приводной механизм створчатой или распашной двери, который при использовании в нем электромеханического привода для открывания закрытой двери, закрывать которую при этом должен не электромеханический привод, а аккумулятор энергии (силовой передаточный механизм), обеспечивал бы открывание и закрывание снабженной им двери в соответствии с требуемой характеристикой, которая аналогична характеристике, обеспечиваемой дверным доводчиком с направляющим рычагом, т.е. задача оптимизировать характеристику перемещения используемого в дверном доводчике поршня внутри корпуса этого доводчика в процессе открывания и закрывания двери или, иными словами, прежде всего обеспечить перекатывание шестерни по зубчатой рейке поршня без заклинивания и тем самым с малыми потерями на трение. Еще одна задача изобретения состояла в том, чтобы минимизировать расходы на изготовление шестерни за счет использования шестерни с соответствующим образом подобранной кривой обката, а также увеличить по сравнению с известными зубчатыми рейками срок службы и повысить коэффициент полезного действия зубчатой рейки за счет ее особого конструктивного исполнения, целью которого является уменьшение потерь на трение, что в свою очередь позволило бы использовать в дверном доводчике более слабую возвратную пружину. Помимо этого согласно изобретению необходимо дополнительно улучшить характеристику дверного доводчика с направляющей планкой в процессе закрывания двери за счет улучшения условий перепуска масла из поршневой полости в полость установки пружины.
Указанная задача решается с помощью отличительных признаков, представленных в п.п.1-3 формулы изобретения.
Согласно изобретению предлагается использовать устройство, которое либо в основном состоит из отдельных модулей, которыми являются дверной доводчик, редуктор и электродвигатель, либо имеет цельную компоновку и состоит из размещенных в едином корпусе электродвигателя, редуктора и силового передаточного механизма, который выполняет функцию дверного доводчика. При этом используемая в таком силовом передаточном механизме или дверном доводчике зубчатая рейка оптимально согласована, соответственно ее зубья оптимально согласованы с зубчатым венцом шестерни с учетом ее эксцентриситета и ее кругообразной кривой обката, что обеспечивает плавное вхождение в зацепление каждого последующего зуба шестерни с каждым последующим зубом зубчатой рейки как в процессе открывания, так и в процессе закрывания двери. Сказанное относится прежде всего к той части шестерни, которая после поворота последней оказывается за пределами угла, равного 180°.
При использовании отдельного дверного доводчика ось его шестерни предпочтительно вывести из его корпуса наружу с двух сторон и соединить один из выступающих из корпуса доводчика концов оси с рычагом, который через имеющийся у него ползун взаимодействует с направляющей планкой, а противоположный выступающий из корпуса доводчика конец оси известным образом соединить через силовой передаточный механизм с редуктором соответствующего электродвигателя. При этом редуктор может быть прифланцован к дверному доводчику либо непосредственно, либо опосредованно. В этом случае, кроме того, можно использовать соответствующую монтажную пластину, которая позволяет индивидуально устанавливать на нее отдельные модули, такие, например, как дверной доводчик, соединенный с ним редуктор и электродвигатель, и тем самым обеспечивает возможность гибкой замены таких модулей по отдельности при выходе одного из них из строя.
Помимо этого описанные выше отдельные модули, в частности дверной доводчик, редуктор и электродвигатель, можно также объединить в единый блок, причем в этом случае работа дверного доводчика и силового передаточного механизма может быть основана с точки зрения их внутреннего устройства на идентичном либо эквивалентном принципе. При этом, как было установлено, зубчатую рейку предпочтительно выполнять таким образом, чтобы угол при вершине исходного контура ее зубьев с обращенной в направлении открывания двери стороны в основном увеличивался примерно до середины длины зубчатой рейки, а затем в основном оставался постоянным или уменьшался. Выполнение указанного угла при вершине исходного контура уменьшающимся на второй половине длины зубчатой рейки способствует прежде всего снижению потерь на трение в зубчатом зацеплении.
Угол поворота шестерни при ее перемещении из положения, соответствующего закрытой двери, в положение, соответствующее максимально открытой двери, может составлять больше или меньше примерно 180°, не оказывая отрицательного влияния на требуемый коэффициент полезного действия. Существенное значение при этом имеет лишь придание обращенным в направлении закрывания двери боковым поверхностям последних в направлении открывания двери зубьев зубчатой рейки, расположенных в зоне, в которой угол поворота шестерни близок к 180°, изогнутого углом или скругленного профиля.
В принципе согласно одному из вариантов осуществлении изобретения в зубчатой паре можно использовать зубья любого профиля, т.е. боковые поверхности зубьев шестерни и/или зубчатой рейки могут иметь прямолинейную, изогнутую углом или выпуклую форму. Однако, как было установлено, зубчатую рейку предпочтительно выполнять в основном с прямыми зубьями, а шестерню - с эвольвентными зубьями, что целесообразно прежде всего по технологическим соображениям.
Помимо этого предлагаемое в изобретении решение направлено на оптимизацию характеристики дверного доводчика в процессе закрывания двери за счет улучшения условий перепуска масла из одной поршневой полости в другую, которые разделены поршнем.
В зависимости от условий применения привода створчатой или распашной двери процесс ее закрывания можно условно подразделить на различные стадии. Так, например, процесс закрывания двери может состоять из двух или четырех стадий с различными скоростями поворота дверной створки на каждой из них. При этом, как было установлено, процесс закрывания двери наиболее целесообразно подразделить, например, на четыре стадии.
В соответствии с этим процесс закрывания двери аналогично известным дверным доводчикам условно подразделяется на четыре стадии, каждой из которых соответствует поворот двери при ее закрывании на определенный угол с учетом некоторого допуска. Например, при применении двух регулирующих клапанов первый регулирующий клапан может управлять первой стадией закрывания двери, соответствующей повороту шестерни на угол в пределах примерно между 180° и 100°, и третьей стадией закрывания двери, соответствующей повороту шестерни на угол в пределах примерно между 70° и 20°, с обеспечением одинаковой скорости закрывания двери на обеих этих стадиях, а второй регулирующий клапан может управлять четвертой стадией закрывания двери, соответствующей повороту шестерни на угол в пределах примерно между 20° и 0°. На второй же стадии закрывания двери, соответствующей повороту шестерни на угол в пределах примерно между 100° и 70°, оба регулирующих клапана остаются бездействующими.
Согласно изобретению первой и третьей стадиями такого процесса закрывания двери можно управлять с помощью одного единственного клапана благодаря выполненной на его боковой поверхности продольной канавке, которая позволяет оптимизировать условия перепуска масла из поршневой полости в полость установки пружины в процессе закрывания двери, что способствует плавному перекатыванию шестерни по зубчатой рейке с малыми потерями на трение, при этом можно отказаться от применения отдельного клапана, обычно необходимого для управления третьей стадией процесса закрывания двери. Подобный привод следует рассматривать как вспомогательное устройство для открывания створчатой или распашной двери, закрывание которой обеспечивает, например, описанный выше дверной доводчик. Помимо этого можно также использовать дверной доводчик, оснащенный дисковым кулачком, однако в этом случае потребуется использовать значительно более мощный приводной электродвигатель, что связано с увеличением расхода потребляемой им энергии и с неизбежным удорожанием и увеличением размеров привода створчатой или распашной двери.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из возможных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые схематичные чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичное изображение электромеханического привода створчатой или распашной двери в виде спереди,
на фиг.2 - корпус дверного доводчика в сечении вертикальной плоскостью,
на фиг.3 - дверной доводчик в сечении плоскостью А-А по фиг.1,
на фиг.4 - вид в плане поршня с шестерней в двух ее крайних положениях,
на фиг.5-7 - поршень с шестерней в трех ее различных положениях, которые она занимает в процессе ее перекатывания по зубчатой рейке,
на фиг.8-11 - схематичное изображение поршня в четырех различных положениях, которые он занимает в процессе замедления закрывающейся двери, и
на фиг.12 - второй вариант выполнения системы перепуска масла, обеспечивающей замедление закрывающейся двери.
На фиг.1 схематично показан электромеханический привод 100 створчатой или распашной двери, при этом в показанном на чертеже варианте собственно приводное устройство закреплено на дверном полотне 111, а направляющая планка 109 закреплена на дверной коробке 110. Привод имеет электродвигатель 102 и соединенный с ним редуктор 101. Выходной вал 103 редуктора через кинематическую цепь 104 с гибкой связью, которой может служить приводная цепь, трос или зубчатый ремень, соединен с осью D вращения не показанной на фиг.1 шестерни 6 (см. фиг.4). Эта шестерня 6 в соответствии с фиг.2-4 установлена с возможностью направленного перемещения в поршне 4, который также не показан на фиг.1 и который нагружен усилием возвратной пружины 3, расположенной в полости 18 ее установки. С осью D вращения шестерни 6 жестко, т.е. без возможности проворачивания относительно нее, одним его свободным концом 106 соединен рычаг 105, другой свободный конец 107 которого установлен в направляющей планке 109 с возможностью направленного перемещения в ней и снабжен с этой целью ползуном 108. Очевидно, что при наличии достаточного монтажного пространства направляющую планку 109 можно расположить на дверном полотне 111, а привод разместить на дверной коробке 110.
На фиг.2-7 показан дверной доводчик 1, в корпусе 2 которого с возможностью направленного перемещения в нем установлен поршень 4, на который действует усилие возвратной пружины 3. Как показано на фиг.3 и 4, поршень 4 имеет зубчатую рейку 5, в зацеплении с которой находится шестерня 6 с эвольвентными зубьями 7. Эта шестерня 6 выполнена в виде эксцентрика, ось вращения которого, обозначенная позицией D, расположена в зоне обозначенной позицией 23 центральной продольной оси, при этом в показанном на фиг.3 соответствующем закрытой двери положении шестерни 6 центр М ее начальной окружности смещен в сторону зубчатой рейки 5, а в показанном слева на фиг.4 соответствующем открытой двери положении шестерни 6 центр М ее начальной окружности смещен в противоположную от зубчатой рейки сторону. Очевидно, что шестерня 6 имеет кругообразную кривую обката. Обозначенные общей позицией 9 зубья зубчатой рейки 5 имеют обращенные в направлении открывания двери боковые поверхности и обращенные в направлении закрывания двери боковые поверхности, при этом обращенные в направлении закрывания двери боковые поверхности 8 последних двух зубьев 9 выполнены изогнутыми углом. Боковые поверхности остальных зубьев 9 имеют прямолинейный профиль. При движении поршня 4 в указанном стрелкой Х направлении (в направлении открывания двери) подобная мера обеспечивает сопровождающееся малыми потерями на трение зацепление эвольвентных зубьев 7 с зубьями 9 зубчатой рейки 5 в том числе и на том участке, на котором угол поворота шестерни 6 при ее перекатывании по зубчатой рейке 5 несколько превышает 180°. В остальном кривая обката зубчатой рейки 5 согласована с эксцентричным расположением оси вращения шестерни 6 и имеет соответственно слабо выраженную S-образную форму, при этом все зубья 9 зубчатой рейки 5 имеют с обращенной в направлении открывания двери и с обращенной в направлении закрывания двери сторон различные углы при вершине исходного контура.
На фиг.5-7 шестерня 6 показана в одном из отдельных положений при ее перекатывании по зубчатой рейке. При этом на фиг.5 поршень 4 и шестерня 6 показаны в положении, соответствующем закрытой двери. В этом положении шестерня 6 находится в правой части имеющейся у поршня 4 выемки. Ось D вращения шестерни в этом ее положении лежит на центральной продольной оси 23. При перемещении поршня 4 в направлении открывания двери (в направлении стрелки X) шестерня 6 поворачивается вокруг ее оси D вращения. На фиг.6 шестерня 6 показана примерно посередине имеющейся у поршня выемки в промежуточном положении, в котором она за счет имеющегося у нее эксцентриситета оказывается при открывании двери на определенную величину. В этом положении поршень 4 в результате перекатывания шестерни 6 по зубчатой рейке 5 переместился дальше в направлении открывания двери.
На фиг.7 показано конечное положение шестерни 6, которое соответствует максимально открытой двери, не показанной на чертежах. На примере трех этих фиг.5-7 наглядно проиллюстрирован процесс перекатывания эксцентриковой шестерни с эвольвентными зубьями по зубчатой рейке 5, с зубьями 9 которой зубья 7 шестерни 6 остаются при этом в постоянном зацеплении, что также следует из приведенных на этих чертежах изображений.
Как показано прежде всего на фиг.2 и 8-11, в стенке 10 корпуса дверного доводчика 1 расположены три регулирующих клапана 11, 12 и 13, назначение которых состоит в замедлении закрывающейся двери и функции которых более подробно рассмотрены ниже со ссылкой на фиг.8-11. В этом отношении следует отметить, что вместо дверного доводчика 1 можно использовать и иное устройство, например силовой передаточный механизм, принцип действия внутренней конструкции которого (устройства) полностью соответствует либо эквивалентен принципу действия дверного доводчика, соответственно дверного доводчика с направляющей планкой.
В начале процесса закрывания двери поршень 4 согласно фиг.8 перемещается мимо маслосливной линии 14, которая линией 19 соединена с регулирующим клапаном 11, а линией 20 соединена с поршневой полостью 24. Выходящее из поршневой полости 24 масло может перетекать по продольной канавке 16, выполненной на боковой поверхности 15 поршня, и по радиальному отверстию 17 в поршне 4 в полость 18 установки пружины. Линии 25, 21 и 22, соединенные с регулирующим клапаном 12, расположены в другой плоскости.
Как показано на фиг.9, после выхода продольной канавки 16 за пределы маслосливной линии 14 масло может перетекать из поршневой полости 24 в полость 18 установки пружины только через зазор между боковой поверхностью поршня 4 и стенкой 10 корпуса, в результате чего скорость закрывания двери значительно снижается (вторая стадия замедления закрывающейся двери).
На третьей стадии замедления закрывающейся двери масло вновь поступает из поршневой полости 24 по линии 20 и через тот же регулирующий клапан 11, а также по линиям 19 и 14 в зону подробно не показанной на чертеже перепускной кромки поршня 4 и далее в полость 18 установки пружины. Поскольку в данном случае задействуется один и тот же клапан 11, скорости закрывания двери на первой и третьей стадиях замедления ее закрывания равны между собой.
На четвертой стадии замедления закрывающейся двери (начало участка, соответствующего полному закрыванию двери) ведущая в поршневую полость 24 линия 20 клапана 11 закрыта, и поэтому масло поступает в полость 18 установки пружины из поршневой полости 24 по линии 25, через регулирующий клапан 12, по линии 21 и по линии 22 через указанную выше перепускную кромку. В процессе замедления закрывающейся двери регулирующий клапан, обозначенный позицией 13, обычно закрыт, однако в данном случае существует возможность сократить продолжительность процесса замедления закрывающейся двери путем соответствующего открытия этого клапана в течение второй стадии замедления закрывающейся двери (на которой перетекание масла из поршневой полости в полость установки пружины происходит только за счет его просачивания через зазор между боковой поверхностью поршня и стенкой корпуса), при этом выходящее из поршневой полости 24 масло в режиме задросселированного истечения поступает по линии 26, через регулирующий клапан 13, по линии 27 и линии 28 в полость 18 установки пружины.
На фиг.12 показан другой вариант выполнения маслосливных линий и клапанов для управления процессом закрывания двери. В этом варианте процесс закрывания двери подразделяется только на две различные стадии, а не на четыре стадии в отличие от рассмотренного выше варианта. Для реализации подобного двухстадийного процесса закрывания двери необходимы лишь клапаны 11 и 12. В этом варианте маслосливная линия 19 выполнена более протяженной по сравнению с предыдущим вариантом и переходит в маслосливную линию 29, которая оканчивается позади подробно не показанной на чертеже перепускной кромки поршня 4 в зоне расположения зубчатой рейки 5.
Очевидно, что помимо двух описанных выше вариантов подразделения процесса закрывания снабженных доводчиком дверей на различные стадии такой процесс можно разбить согласно изобретению и на иное количество стадий с различными скоростями закрывания двери на каждой из них.
Реферат
Электромеханический привод створчатой или распашной двери имеет дверной доводчик с эксцентриковой шестерней, которая имеет кругообразную кривую обката и которая находится в зацеплении с расположенной в поршне зубчатой рейкой. Особая форма кривой обката и зубьев зубчатой рейки согласованы с зубчатым венцом шестерни. Помимо этого для достижения оптимальной характеристики перемещения поршня в корпусе дверного доводчика предлагается улучшенная характеристика замедления закрывающейся двери, обеспечиваемая с помощью по меньшей мере одного регулирующего клапана замедления направленного перемещения поршня в положение, соответствующее закрытой двери. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 12 ил.
