DE10019957A1 - Barrier appliance to close-off roadways and enclosed rooms has brush-less DC motor with Hall sensors to determine all positions of a barrier - Google Patents
Barrier appliance to close-off roadways and enclosed rooms has brush-less DC motor with Hall sensors to determine all positions of a barrierInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Absperr- und Schliessvorrichtung für Verkehrswege und/oder vor oder in umschlossenen Räumen mit wenigstens einem im Schliess- und Öffnungssinne kraftbetriebenen beweglichen Absperr- und Schliesselement, dass durch einen mit einem zwischengeschalteten Getriebe versehenen Antriebsmotor angetrieben ist. Derartige Vorrichtungen sind für die verschiedensten Sperrelemente oder Schliess- und Rolltore bekannt, die heb- und senkbar oder verfahr- bzw. verschiebbar oder drehbar sind.The invention relates to a locking and closing device for traffic routes and / or in front of or in enclosed spaces with at least one in the closing and Opening sense power-operated movable locking and closing element that by a drive motor provided with an intermediate gear is driven. Such devices are for a wide variety of locking elements or closing and rolling gates known, which can be raised and lowered or moved or are movable or rotatable.
Derartige Vorrichtungen weisen verschiedenartigste motorische Antriebssysteme bestehend aus Antriebsmotoren und Getrieben auf, durch welche die translatorische oder rotatorische Bewegung des Absperr- und Schliesselements zumindest zwischen zwei Endlagen bewirkt und begrenzt wird. Bei derartigen Sperrschranken oder dgl. Sperr- oder Schliessvorrichtungen ist nach dem Stand der Technik die Lageerkennung des Absperr- und Schliesselements mittels Endschaltern oder Drehgebern realisiert. Dabei ist entweder ein Endschalter für die Lagepositionen "offen" oder "geschlossen" vorgesehen oder ein Drehgeber an einer Welle zum Ermitteln der Lage Absperr- und Schliesselements notwendig. Nachteilig beim Einsatz von Endschaltern ist, dass die Position des Absperr- und Schliesselements in Zwischen-Positionen nicht erfassbar ist. Ebenso werden andere wichtige Funktionen wie das Abschalten der Sicherheits-Funktionen, wie Induktionsschleifen, Lichtschranken oder dergleichen ebenfalls durch Endschalter gesteuert. Bei einer solchen Ausbildungsweise ist die Anordnung und das Justieren von einer entsprechenden Anzahl von Schaltnocken und Getriebeteilen erforderlich, was auch einen gewissen Aufwand an Verdrahtung bedingt. Beim Einsatz von Drehgebern sind die Positionen zwischen den Endlagen des Absperr- und Schliesselements erfassbar, stehen aber in keinem Wirkzusammenhang mit dem Antriebsmotor, d. h. Leistungsmerkmale des Absperr- und Schliesselements sind ebenso wie beim Einsatz von Endschaltern, nicht erfassbar.Such devices have a wide variety of motor drive systems consisting of drive motors and gearboxes through which the translational or rotary movement of the shut-off and closing element at least between causes two limit positions and is limited. With such barriers or the like. Locking or closing devices is the state of the art Position detection of the shut-off and closing element using limit switches or Encoders implemented. There is either a limit switch for the position positions "open" or "closed" provided or an encoder on a shaft for Determination of the position of shut-off and closing elements necessary. A disadvantage of Use of limit switches is that the position of the shut-off and closing element in Intermediate positions cannot be recorded. Likewise, other important functions like switching off the safety functions like induction loops, Light barriers or the like also controlled by limit switches. At a such an arrangement is the arrangement and adjustment of one appropriate number of switch cams and gear parts required, which also requires a certain amount of wiring. When using rotary encoders the positions between the end positions of the shut-off and closing element detectable, but have no operative connection with the drive motor, d. H. Features of the shut-off and locking element are the same as for Use of limit switches, not detectable.
Die WO 99/04100 offenbart eine Sperrschranke mit Kurbelgetriebe und Endschaltern zur Bestimmung der Endpositionen des Schrankenbaums. Die DE-U-85 16 062 zeigt Merkmale eines sich nicht in parallelen Ebenen bewegenden um 45 Grad geneigten, mit einem Pleuel ähnlichen Bolzen versehenen Kurbeltriebs, wobei die Positionen des Absperr- und Schliesselements ebenso wie in der WO 99/04100 nicht über den gesamten Bewegungsbereich erfasst werden. Auch in der EP 0 438 364 A1 oder EP 0 553 802 B1 werden nur die Endpositionen erfasst. In allen fünf Schriften sind somit beliebige Positionen des Absperr- und Schliesselements zwischen den beiden Endpositionen nicht ermittelbar. Weiterhin müssen in diesem Stand der Technik die Endlagen der Absperr- und Schliesselemente mechanisch justiert werden.WO 99/04100 discloses a barrier with a crank mechanism and limit switches to determine the end positions of the barrier boom. DE-U-85 16 062 shows features of a 45 degree not moving in parallel planes inclined crank mechanism provided with a connecting rod-like bolt, the Positions of the shut-off and closing element as well as in WO 99/04100 not across the entire range of motion. Also in EP 0 438 364 A1 or EP 0 553 802 B1 only the end positions are recorded. In all five writings are therefore any positions of the shut-off and closing element between the cannot be determined in both end positions. Furthermore, in this state the Technology mechanically adjusts the end positions of the shut-off and closing elements become.
Besonders nachteilig bei der bekannten und bisher üblichen Ausbildungsweise mit Endschaltern und Justieren der Endlagenpositionen ist der Umstand, dass bei einer neuen Vorrichtung, z. B. bei einer Sperrschranke, die vom Hersteller durchgeführte Einstellung des Bremspunktes und der Endlage, sich während der Einlaufdauer von einigen 100 oder 1000 Schaltvorgängen dadurch verändert, dass das Getriebe und die gesamte Mechanik leichtgängiger geworden ist. Danach muss der Bremspunkt bzw. die Endlage nachjustiert werden, um zu vermeiden, dass der Bremsvorgang nicht mehr optimal abläuft, d. h. die Sperrschranke beispielsweise beim Schliessen hart aufsetzt. Vor allem bei sehr schnellen Absperr- und Schliesselementen, wie sie an Autobahn-Zahlstellen eingesetzt werden, kann ein fehlendes Nachjustieren zu einem ungünstigen Bewegungsablauf der Schwenkbewegung und damit in Folge von Verschleisserscheinungen zu einer erheblichen Verkürzung der Lebensdauer der mechanischen Vorrichtungsteile führen.Particularly disadvantageous in the known and previously customary training with Limit switches and adjustment of the end positions is the fact that with a new device, e.g. B. in a barrier, carried out by the manufacturer Setting the braking point and the end position during the running-in period of some 100 or 1000 gear changes by changing the gearbox and the entire mechanics has become smoother. Then the braking point or the end position to be readjusted to avoid the braking process no longer runs optimally, d. H. the barrier, for example when closing touches down hard. Especially with very fast shut-off and closing elements like the one below are used at motorway toll booths, a lack of readjustment can an unfavorable sequence of movements of the pivoting movement and thus as a result of Signs of wear significantly shorten the life of the lead mechanical device parts.
Für bestimmte Anwendungen derartiger Absperr- und Schliessvorrichtungen wird es ebenfalls als nachteilig angesehen, dass der elektrische Antrieb nicht regelbar ist. Regelbar heisst in diesem Fall, dass das Mass der Beschleunigung und der Verzögerung der Absperr- und Schliesselemente jederzeit regelbar ist und das die Absperr- und Schliesselemente jederzeit in beliebiger und erfasster Position, ohne Definition eines Störfalls und unabhängig von einem separaten Sicherheitssystem angehalten werden kann.For certain applications of such shut-off and closing devices, it becomes also considered disadvantageous that the electric drive is not adjustable. In this case, controllable means that the degree of acceleration and the Delay of the shut-off and closing elements can be regulated at any time and that Shut-off and closing elements at any time in any and captured position, without Definition of an accident and independent of a separate safety system can be stopped.
Hier setzt die Erfindung ein und löst die Aufgabe, die Bewegungsgeschwindigkeit des Antriebsmotors je nach den örtlichen oder momentanen Verhältnissen stufenlos anzupassen, insbesondere die Endlagen-Positionen der Absperr- und Schliesselemente mit Hilfe des Antriebsmotors zu erkennen und mit verringerter Geschwindigkeit anzufahren, den Bremspunkt steuertechnisch und nicht mechanisch zu variieren und zu justieren, die Bewegung des Absperr- und Schliesselements in vorbestimmten oder von Fall zu Fall ausgewählten Positionen zu unterbrechen bzw. anzuhalten und insbesondere die jeweilige Position des Bewegungsablaufs der Absperr- und Schliesselemente über den Antriebsmotor im Zeitprofil zu überwachen und zu regeln.This is where the invention comes in and solves the task, the speed of movement of the Drive motor continuously depending on the local or current conditions adapt, especially the end positions of the shut-off and Recognize locking elements with the help of the drive motor and with reduced Approach speed, the braking point from a control point of view and not mechanically to vary and adjust the movement of the shut-off and closing element in to interrupt predetermined or selected positions from case to case or to stop and in particular the respective position of the movement of the Shut-off and closing elements to be monitored via the drive motor in the time profile and regulate.
Erfindungsgemäss werden die bisherigen Endschalter und Drehgeber und die bisherigen Antriebsmotoren von solchen Absperr- und Schliessvorrichtungen durch einen einzigen Antriebsmotor mit Hall-Sensoren ersetzt, durch den die gesamte Drehbewegung des schwenkenden Sperr- oder Schliesselements zwischen den vorgegebenen Endlagenpositionen und auch in jeder möglichen Zwischenposition über die Getriebeglieder erfassbar ist, so dass dadurch jede technisch erreichbare Schwenkstellung in ein elektrisches Signal des Antriebsmotors umwandelbar und als Regelgrösse einer logischen Steuereinheit vorgebbar ist. Somit steht die Absperr- und Schliessvorrichtung in direktem steuertechnischen und gleichzeitig antriebstechnischen Wirkzusammenhang mit dem Antriebsmotor. Eine mechanische Justierung der Absperr- und Schliessvorrichtung ist dadurch nicht mehr nötig.According to the previous limit switches and encoders and previous drive motors of such shut-off and closing devices replaced a single drive motor with Hall sensors, through which the entire Rotational movement of the pivoting locking or closing element between the predetermined end positions and also in every possible intermediate position can be detected via the transmission links, so that every technically achievable one is thereby Pivot position convertible into an electrical signal from the drive motor and as The controlled variable of a logical control unit can be specified. The shut-off and locking device in direct control and at the same time operational connection with the drive motor. A mechanical one Adjustment of the locking and locking device is no longer necessary.
Vorteilhafter Weise ist somit ein variabler Bremspunkt einstellbar, sodass bei einer neuen, schwergängigen Vorrichtung automatisch später gebremst wird und bei schon eingelaufenen und daher leichtgängigeren Vorrichtung automatisch früher gebremst wird. Auch starke die Schwenkbewegung beeinflussende Windeinflüsse werden erfasst und steuerungstechnisch korrigiert. Durch Hinterlegen von Geschwindigkeitsprofilen kann für unterschiedliche Vorrichtungs- oder Schrankentypen mit verschiedenen Laufzeiten bzw. mit verschiedenen Baumlängen, das optimale Bremsprogramm gespeichert und abgerufen werden. Das bisher zeitaufwendige Optimieren des Bremspunktes erfolgt automatisch mit Hilfe der Steuerungslogik innerhalb weniger Schwenk- oder Drehbewegungen.A variable braking point can thus advantageously be set, so that at one new, stiff device is automatically braked later and at device that has already run in and therefore runs more smoothly earlier is braked. Also strong wind influences influencing the swiveling movement are recorded and corrected in terms of control technology. By depositing Speed profiles can be used for different device or Barrier types with different terms or with different tree lengths, the optimal braking program can be saved and called up. So far time-consuming optimization of the braking point is done automatically with the help of Control logic within a few swivel or rotary movements.
Durch diese Ausbildungsweise des Antriebs wird erheblich an technischem Aufwand gespart und zugleich wird der Anwendungsbereich der Steuerung erheblich erweitert, weil durch den Antriebsmotor zusätzliche Funktionen initiiert und nach vorgewählten Steuerparametern geregelt werden können.This design of the drive increases the technical effort considerably saved and at the same time the application area of the control is considerably expanded, because additional functions are initiated by the drive motor and according to pre-selected ones Control parameters can be regulated.
Der Antriebsmotor ist als bürstenloser Gleichstrommotor (BLGM) mit Hall-Sensoren oder als sonstiger Gleich- oder Wechselstrommotor ausgebildet, dessen elektrisches Feld zur Ermittlung der Drehpositionen der Motorwelle genutzt werden kann. Diese Art von Motoren sind bereits bekannt und werden wie nachstehend beschrieben, für die erfindungsgemässe Anwendung modifiziert.The drive motor is a brushless DC motor (BLGM) with Hall sensors or designed as another DC or AC motor, the electrical Field can be used to determine the rotational positions of the motor shaft. This Kinds of motors are already known and are described for below modified the application according to the invention.
Der Hall-Effekt beschreibt allgemein die Reaktionsspannung die entsteht, wenn ein elektrischer Strom einem magnetischen Feld überlagert wird. Im Gleichstrommotor überlagern sich das magnetische Feld des Rotors, der als Permanentmagnet ausgebildet ist und der Strom durch die Wicklung des Stators. Durch diesen auf der Lorenzkraft beruhenden Effekt ist eine Hallkonstante, eine Hallspannung und ein Hallwinkel definierbar, mit Hilfe derer sich eine Hall-Beweglichkeit ableiten lässt. In der Anwendung werden mit diesen Parametern z. B. Geschwindigkeit, Position und Leistungseigenschaften des magnetischen Feldes erfaßt.The Hall effect generally describes the reaction voltage that arises when a electric current is superimposed on a magnetic field. In the DC motor overlap the magnetic field of the rotor, which acts as a permanent magnet is formed and the current through the winding of the stator. Through this on the Lorenz force based effect is a Hall constant, a Hall voltage and a Hall angle definable, with the help of which Hall mobility can be derived. In the application with these parameters such. B. speed, position and Performance characteristics of the magnetic field detected.
Durch Verwendung eines bestimmten Rotors, der als hochwertiger Permanentmagnet ausgebildet ist und einer speziellen Drehstromwicklung im Stator und einer entsprechenden Steuerung wird dadurch ein regelbarer Antrieb gebildet. Wie von BLGM bekannt, kann mit einer geeigneten Steuerung und geeigneter Software der Motor geregelt betrieben werden, d. h. Dauer und Maß der Beschleunigungsphase sind ebenso einstellbar wie die Verzögerungsphase. Unterschiedliche und maximale Drehzahlen können vor und während des Betriebs eingestellt werden. Neben dem Vorteil, dass das abgegebene Drehmoment über einen sehr weiten Regelbereich konstant gehalten werden kann, weist der BLGM einen sehr guten Wirkungsgrad auf.By using a specific rotor that is considered a high quality Permanent magnet is formed and a special three-phase winding in the stator and a corresponding control system forms a controllable drive. As known from BLGM, with a suitable control and suitable Software of the engine can be operated regulated, d. H. Duration and measure of Acceleration phase can be set as well as the deceleration phase. Different and maximum speeds can be before and during operation can be set. In addition to the advantage that the torque delivered via the BLGM shows that a very wide control range can be kept constant very good efficiency.
Bei Rotoren mit Permanentmagneten muss dafür gesorgt werden, dass der magnetische Rückschluss durch das Blechpaket des Stators und nicht durch die Motorwelle geht. Dies hätte hohe Verluste zur Folge. Allgemein wird deshalb die Motorwelle aus nicht magnetischem rostfreiem Metall hergestellt. Dieses Material ist sehr teuer und hat schlechte Bearbeitungs- und Festigkeitsmerkmale.For rotors with permanent magnets, it must be ensured that the magnetic inference through the laminated core of the stator and not through the Motor shaft goes. This would result in high losses. In general, therefore Motor shaft made of non-magnetic stainless metal. This material is very expensive and has poor processing and strength characteristics.
Bei der hier gewählten Ausführung des Motors ist die Welle aus beliebigem Stahl hergestellt. Um die o. g. genannten Verluste zu verhindern, wird erfindungsgemäss zwischen Welle und Rotorpaket eine Hülse aus preiswertem, nicht magnetischem Material wie z. B. Aluminium oder Bronze eingebracht und somit der magnetische Rückschluss verhindert.In the version of the motor chosen here, the shaft is made of any steel manufactured. To the above Preventing the aforementioned losses is according to the invention between shaft and rotor package a sleeve made of inexpensive, non-magnetic Material such as B. introduced aluminum or bronze and thus the magnetic Inference prevented.
Die Rotormagnete bewirken eine Anziehungskraft auf die Stege des Stators, was ein Rastmoment von Steg zu Steg beim Drehen des Rotors bewirkt. Entsprechend dem geforderten Rastmoment, wird ein Statorpaket mit gerade oder schräg angeordneten Stegen verwendet. Durch eine schräge Anordnung der Statorbleche kann das Rastmoment deutlich reduziert werden und kann bei extremer Schrägung ganz eliminiert werden. Da geschrägte Blechpakete schlechter zu wickeln sind, sind für die Stärke der Schrägung Grenzen gesetzt. Erfindungsgemäss soll beim Einsatz eines BLGM ein automatisches Öffnen des Sperr- oder Schliesselements bei Spannungsausfall möglich sein, somit muss das Rastmoment möglichst gering und somit die Stege des Stators schräg angeordnet sein.The rotor magnets create an attractive force on the webs of the stator, which is a Cogging torque from web to web causes rotation of the rotor. According to that required cogging torque, a stator package with a straight or angled arrangement Bridges used. This can be done by arranging the stator plates at an angle Cogging torque can be significantly reduced and can even with extreme inclination be eliminated. Since beveled laminated cores are more difficult to wind, are for the There are limits to the strength of the bevel. According to the invention when using a BLGM automatically opens the locking or closing element Power failure may be possible, so the cogging torque must be as low as possible thus the webs of the stator can be arranged obliquely.
Die Rückmeldung der Position der Motorwelle und somit der Stellung des Absperr- und Schliesselements erfolgt durch Auswerten der zur Erkennung der Reaktionsspannung des Drehfeldes erforderlichen Sensoren im Motor, die in diesem Fall als Hall-Sensoren ausgebildet sind.The feedback of the position of the motor shaft and thus the position of the shut-off and closing elements is carried out by evaluating the to recognize the Reaction voltage of the rotating field required sensors in the motor, which in this Case are designed as Hall sensors.
Die Signale der Hall-Sensoren werden von der Steuerung erfasst, gezählt und ausgewertet. Somit sind sowohl Anfahr- und Bremspunkte vor den mechanischen Endlagen als auch Geschwindigkeits- und Beschleunigungsverläufe erkennbar und programmiert regelbar. Über die Reihenfolge der ankommenden Signale erkennt die Steuerung die Drehrichtung des Motors.The signals from the Hall sensors are recorded, counted and controlled by the controller evaluated. This means that both starting and braking points are ahead of the mechanical ones End positions as well as speed and acceleration profiles are recognizable and programmable adjustable. The recognizes the order of the incoming signals Control the direction of rotation of the motor.
Ein Referenzsignalgeber für die Position des Absperr- und Schliesselements dient der Sicherheit für den Fall, dass die von der Steuerung erfassten Signale der Hall- Sensoren fehlerhaft sind oder durch Stromausfall nicht mehr zu Verfügung stehen. Durch den Referenzsignalgeber ist die Position des Absperr- und Schliesselements erfindungsgemäss auch nach Stromausfall ermittelbar und die Signale der Steuerung sind korrigier- oder aktualisierbar.A reference signal transmitter for the position of the shut-off and closing element is used safety in the event that the signals of the Hall Sensors are faulty or are no longer available due to a power failure. The position of the shut-off and closing element is determined by the reference signal transmitter according to the invention can also be determined after a power failure and the signals of the control can be corrected or updated.
Eine Möglichkeit zum Ermitteln der Referenzposition ist beispielsweise die Verwendung eines Potentiometers als sog. Drehgeber mit guter Linearität. Dieser an einer Getriebewelle angebracht, liefert der Steuerung absolute Signale die zur Definition der Baumstellung auswertbar sind. Diese Signale gleicht die Steuerung mit den internen Zählimpulsen ab. Vorteil dieses Drehgebers als Referenzsignalgeber gegenüber Referenzschaltern in den Endlagen des Absperr- und Schliesselements ist, dass bei einem Spannungsausfall keine Referenzfahrt notwendig ist, um die Baumlage wieder zu erkennen. Das Sensorsignal ist sofort nach der Spannungswiederkehr durch die Steuerung erfassbar und dadurch die Position des Absperr- und Schliesselements wieder ermittelbar.One possibility for determining the reference position is, for example Use of a potentiometer as a so-called encoder with good linearity. This one attached to a gear shaft, the control system delivers absolute signals for Definition of the tree position can be evaluated. The control system also compares these signals the internal counts. Advantage of this encoder as a reference signal generator compared to reference switches in the end positions of the shut-off and closing element is that in the event of a power failure, no homing is necessary to get the Recognize tree position. The sensor signal is immediately after the Recurrence of voltage can be detected by the control and thereby the position of the Locking and closing elements can be determined again.
Besonders zweckmässig ist die Anordnung des Drehgebers an einer Welle der Absperr- und Schliessvorrichtung, die etwa 90° dreht. Wenn der Sensor drehsteif mit dieser Welle verbunden und elastisch am Getriebegehäuse abgestützt ist, lässt sich die ideale Auflösung erreichen. Die elastische Abstützung am Getriebegehäuse ist deshalb vorteilhaft, weil dadurch etwa durch Rundlaufabweichungen hervorgerufene Querkräfte die Lagerung der Sensorwelle nicht nachteilig beeinflussen und somit dessen Lebensdauer beeinträchtigen können. Ferner können auch andere Sensoren eingesetzt sein, die induktiv, kapazitiv oder magnetisch arbeiten.The arrangement of the rotary encoder on a shaft of the Shut-off and closing device that rotates about 90 °. If the sensor is torsionally rigid connected to this shaft and supported elastically on the gear housing, can achieve the ideal resolution. The elastic support on the gearbox is This is advantageous because it may result from runout errors Shear forces do not adversely affect the bearing of the sensor shaft and thus can affect its lifespan. Other sensors can also be used be used that work inductively, capacitively or magnetically.
Das logische Steuergerät zum Auswerten der Hall-Sensor-Signale und der Signale des Referenzsignalgebers enthält neben den an sich bekannten Logikfunktionen und den Steuerfunktionen des Antriebsmotors die Steuersignale für die Offen- und Geschlossenpositionen des Absperr- und Schliesselements, für Überwachungsfunktionen ab einem frei vorwählbaren Schliesswinkel und für das Einleiten des elektrischen Bremsens vor dem Erreichen der gewählten Stopp- Position durch dynamisches Annähern.The logical control unit for evaluating the Hall sensor signals and the signals of the reference signal generator contains, in addition to the known logic functions and the control functions of the drive motor, the control signals for the open and Closed positions of the shut-off and closing element, for Monitoring functions from a freely selectable closing angle and for that Initiate electric braking before reaching the selected stop Position by dynamic approach.
Weitere Steuersignale dienen zum Einstellen und Überwachen der vorgewählten Schwenkgeschwindigkeit, ferner zum Erkennen einer Behinderung der Schwenkbewegung beispielsweise durch einen Fremdkörper und Einleiten einer für diesen Fall vorgesehenen Massnahme z. B. Alarm-Auslösung und/oder Reversieren des Antriebs, sowie zum Erkennen einer gewaltsamen Fremdeinwirkung (Vandalismus) zum Beispiel durch gewaltsames Hochdrücken des Schrankenbaums oder Öffnen der geschlossenen Sperre und Auslösen einer entsprechenden Meldung und/oder eines Alarms und ausserdem zum Steuern von Signallampen oder Warnleuchten während der Bewegung des Absperr- und Schliesselements.Additional control signals are used to set and monitor the preselected Swing speed, further to detect a disability Swivel movement, for example, by a foreign body and initiating one for this case provided measure z. B. alarm triggering and / or reversing of the drive, as well as to recognize a violent external influence (Vandalism) for example by violently pushing up the barrier tree or opening the closed lock and triggering a corresponding message and / or an alarm and also for controlling signal lamps or Warning lights during the movement of the shut-off and closing element.
Es erweist sich als vorteilhaft, diese vorstehend beschriebene erfindungsgemässe Anwendung eines Antriebs zur Steuerung und Überwachung von Schranken, Personensperren, Drehkreuzen, Rolltoren oder sonstigen sich rotatorisch oder translatorisch bewegenden Absperr- und Schliesselementen einzusetzen.It has proven to be advantageous to use the inventive method described above Application of a drive to control and monitor barriers, Person barriers, turnstiles, roller shutters or other rotating or to use translationally moving shut-off and closing elements.
Über Datenleitungen werden die Signale zwischen Hall-Sensor bzw. Antriebsmotor, Referenzsignalgeber und logischer Steuerungseinheit übertragen, die Drehzahl, das Moment und der Drehwinkel der Motorwelle ermittelt und somit die Geschwindigkeits- und Beschleunigungsverläufe sowie die Positionen des Absperr- und Schliesselements programmiert regel- und einstellbar.The signals between the Hall sensor or drive motor, Reference signal generator and logic control unit transmit the speed, the Torque and the angle of rotation of the motor shaft and thus the speed and acceleration curves as well as the positions of the shut-off and Locking elements are programmable and adjustable.
Bei Inbetriebnahme fährt der Motor zum Erkennen der Endpositionen mit langsamer Geschwindigkeit die Endpositionen des Absperr- und Schliesselements an was eine erhöhte Stromaufnahme beim Blockieren des Motors zur Wirkung hat. Diese erhöhte Stromaufnahme wird als Steuersignal der Steuereinheit vorgegeben die die Endpositionen des Absperr- und Schliesselements somit erkennt. When commissioning, the motor runs more slowly to recognize the end positions Speed the end positions of the shut-off and closing element at what one increased current consumption when the motor is blocked. This increased Current consumption is specified as the control signal of the control unit End positions of the shut-off and closing element are thus recognized.
Dem bürstenlosen Gleichstrommotor ist mindestens ein Untersetzungsgetriebe und darauf folgend mindestens ein Viergelenkgetriebe und/oder ein in sonstiger Weise rotatorisch und/oder translatorisch Kraft übertragendes Glied nachgeschaltet. Zur Verringerung des Energieaufwandes, bzw. zum Ausgleichen der durch die Getriebeglieder und durch die Absperr- und Schliesselemente eingeleiteten Massenträgheits- und Gewichtsmomente, sind Federmotoren für einen statischen und/oder dynamischen Ausgleich dieser Massen einbringbar, wobei die Federmotoren zwischen zwei beliebigen Getriebegliedern oder zwischen einem Getriebeglied und dem Gehäuse anlenken.The brushless DC motor has at least one reduction gear and then at least one four-bar gearbox and / or one in another way Rotary and / or translational force-transmitting element connected downstream. To reduce the energy consumption, or to compensate for the Transmission links and introduced by the shut-off and closing elements Mass moments of inertia and weight are spring motors for a static one and / or dynamic compensation of these masses can be introduced, the Spring motors between any two transmission links or between one Link the gear link and the housing.
Die Kurbel, die Koppel oder die Schwinge des Viergelenkgetriebes sind durch kleinere oder grössere Getriebeglieder austauschbar um somit durch Verändern der Kinematik der einzelnen Getriebeglieder zueinander, unterschiedliche Drehmomentenverläufe an mindestens einer der Getriebewellen zu erzielen.The crank, the coupling or the swing arm of the four-bar transmission are through smaller or larger transmission links can be exchanged in order to change the Kinematics of the individual transmission links to each other, different Torque curves to achieve at least one of the transmission shafts.
Durch diese geregelte Bewegung sind im Gegensatz zum Stand der Technik wesentlich kürzere Laufzeiten der Absperr- und Schliesselemente in der Grössenordnung von 0,5 Sekunden möglich. Es kann ein Haltemoment erzeugt werden, sodass die Absperr- und Schliessvorrichtung in jeder beliebigen Lage blockiert werden kann. Bei Spannungsausfall kann die im Zwischenkreis des Antriebsmotors gespeicherte Energie dazu verwendet werden, dem Schrankenbaum einen Impuls in Richtung öffnen zu geben.This regulated movement is contrary to the state of the art much shorter terms of the shut-off and closing elements in the The order of magnitude of 0.5 seconds is possible. A holding torque can be generated be so that the locking and locking device in any position can be blocked. In the event of a power failure, the Drive motor stored energy can be used to the barrier boom to give an impulse towards open.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel die Ausbildungsweise des Antriebs einer Sperrschrankenvorrichtung und zwei weitere Ausführungsbeispiele von Absperr- und Schliesselementen dargestellt. Diese werden im folgenden anhand der Fig. 1 bis 7 beschrieben:In the drawing, the embodiment of the drive of a barrier device and two further embodiments of shut-off and closing elements are shown as an exemplary embodiment. These are described below with reference to FIGS. 1 to 7:
Es zeigenShow it
Fig. 1 Sperrschranken-Antriebsmechanik im Teilschnitt mit Schnittführung A-A', Fig. 1 blocking barrier driving mechanism in partial section with cut A-A ',
Fig. 2 Sperrschranken-Antriebsmechanik in Seitenansicht (Schnitt A-A') mit Einsicht in den Antriebsmotor, Fig. 2 blocking barrier driving mechanism in side view (section A-A ') with access to the drive motor,
Fig. 3 elektrischer Antriebsmotor mit Hall-Sensoren, Fig. 3 electric drive motor with Hall sensors,
Fig. 4 Baukastensystem aus Sperrschranke, Drehgeber, Antriebsmotor und Steuerungseinheit, Fig. 4 modular system of blocking barrier, encoder, drive motor and control unit,
Fig. 5 Darstellung eines Funktionsdiagramms verschiedener Signale, Fig. 5 showing a functional diagram of various signals,
Fig. 6 perspektivische Ansicht eines Schiebetors mit Antriebseinheit, Figure 6 is perspective view. A sliding gate with drive unit,
Fig. 7 Frontansicht eines Doppelschwenktors mit Antriebseinheit. Fig. 7 front view of a double swing gate with drive unit.
Die in Fig. 1 dargestellte Sperrschranke zeigt als Absperr- und Schliesselement 5 einen kraftbetriebenen, im Schliess- und Öffnungssinne beweglichen Schrankenbaum für Verkehrswege, angetrieben durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor (BLGM) 2 als Antriebsmotor mit nachgeschalteten Getriebeeinheiten 22.The barrier shown in FIG. 1 shows, as a blocking and closing element 5, a power-operated barrier boom for traffic routes that is movable in the closing and opening directions, driven by a brushless DC motor (BLGM) 2 as a drive motor with downstream gear units 22 .
Der Kraftfluss zwischen bürstenlosen Gleichstrommotor (BLGM) 2 und Absperr- und Schliesselement 5 wird über ein dem BLGM 2 nachgeschalteten Untersetzungsgetriebe 23 und ein dem folgend nachgeschaltetes Viergelenk- bzw. Koppelgetriebe 12 bestehend aus Kurbel 17, Koppel 18 und Kurbel 19 auf die Hohlwelle 8 geleitet, in der, die das Absperr- und Schliesselement 5 aufnehmende Abtriebswelle 24, drehfest und herausnehmbar gelagert ist. Das Untersetzungsgetriebe weist eine Schneckenradwelle, eine erste Getriebeweile 29 und eine zweite Getriebewelle 30 auf.The power flow between the brushless direct current motor (BLGM) 2 and the shut-off and closing element 5 is conducted to the hollow shaft 8 via a reduction gear 23 connected downstream of the BLGM 2 and a four-link or coupling gear 12 downstream of the following, consisting of crank 17 , coupling 18 and crank 19 , in which the shut-off and closing element 5 receiving output shaft 24 is rotatably and removably mounted. The reduction gear has a worm gear shaft, a first gear shaft 29 and a second gear shaft 30 .
Schrankenbaum 5, Kraftübertragungsglieder und BLGM 2 der Absperr- und Schliessvorrichtung 1 sind in einem Rahmen 25 montiert und bilden zusammen mit diesem eine Einheit. Diese Einheit ist in den unteren Gehäuseteil 13 einsetzbar, der die gesamte Einheit trägt und durch einen Gehäusedeckel 11 verschliessbar ist. Barrier boom 5 , power transmission elements and BLGM 2 of the locking and closing device 1 are mounted in a frame 25 and together with this form a unit. This unit can be inserted into the lower housing part 13 , which carries the entire unit and can be closed by a housing cover 11 .
Der nötige statische und dynamische Ausgleich aller Masseträgheits- und Gewichtsmomente aller beweglichen Vorrichtungsteile wird durch ein oder mehrere Federmotoren 16 bewerkstelligt, die zwischen der Schwinge 19 und dem Gehäuse 13 angreifen. Einzelne Getriebeglieder sind gegen kleinere oder grössere Getriebeglieder austauschbar um somit durch Verändern der Kinematik der einzelnen Getriebeglieder zueinander, unterschiedliche Drehmomentenverläufe an mindestens einer der Getriebewellen zu erzielen.The necessary static and dynamic compensation of all mass moments of inertia and weight of all movable device parts is accomplished by one or more spring motors 16 which engage between the rocker 19 and the housing 13 . Individual gear members are interchangeable with smaller or larger gear members in order to achieve different torque profiles on at least one of the gear shafts by changing the kinematics of the individual gear members.
Die Datenleitung 21 der Hall-Sensoren und das Stromzuführungskabel 26 für die Zufuhr elektrischer Leistung an den BLGM 2 sind gemäss Fig. 3 aus dem Motorgehäuse 35 herausgeführt.The data line 21 of the Hall sensors and the power supply cable 26 for supplying electrical power to the BLGM 2 are led out of the motor housing 35 according to FIG. 3.
Mittel (7) dienen zur Begrenzung der Bewegung des Absperr- und Schliesselements (5) um in den geregelt angefahrenen Endpositionen des Absperr- und Schliesselements (5) eine im kinematischen Sinne bestimmte und somit ohne zusätzliche elektrische Energie aufrecht zu haltende Ruhelage des gesamten Systems zu ermöglichen.Means ( 7 ) serve to limit the movement of the shut-off and closing element ( 5 ) so that in the regulated approached end positions of the shut-off and closing element ( 5 ) a rest position of the entire system which is determined in the kinematic sense and thus can be maintained without additional electrical energy enable.
Die Seitenansicht mit der Schnittführung A-A' durch Rahmen 25 und Untersetzungsgetriebe 23 ist in Fig. 2 dargestellt, die den mechanischen Wirkzusammenhang der Absperr- und Schliessvorrichtung 1 zeigt. An das Untersetzungsgetriebe 23 ist der BLGM 2 angeflanscht, die am Ende als Zahnradwelle ausgebildete Motorwelle 4 kämmt das Schneckenrad der Schneckenradwelle 28. Der Wirkzusammenhang der Getriebestufen des Untersetzungsgetriebe über die auf den Getriebewellen 29 und 30 angeordneten Stirnräder wird nicht näher beschrieben. Durch die auf der zweiten Getriebewelle 30 befestigte Kurbel 17 wird das Drehmoment auf das ungleichförmig übersetzende Viergelenk- bzw. Koppelgetriebe übertragen, das mittels Koppel 18 das Drehmoment auf die auf der Hohlwelle 8 befestigte Schwinge 19 überträgt. Die resultierende, innerhalb eines Schwenkbereichs von 90 Grad pendelnde Bewegung der Schwinge 19 wird über die Hohlwelle 8 auf die in der Hohlwelle drehfest und herausnehmbar gelagerte Abtriebswelle 24 übertragen, an der das Absperr- und Schliesselement 5 angeflanscht ist. The side view with the section AA 'through the frame 25 and reduction gear 23 is shown in FIG. 2, which shows the mechanical operative connection of the locking and closing device 1 . The BLGM 2 is flanged to the reduction gear 23 , the motor shaft 4 , which is designed as a gear shaft at the end, meshes the worm wheel of the worm wheel shaft 28 . The operative connection of the gear stages of the reduction gear via the spur gears arranged on the gear shafts 29 and 30 is not described in detail. By the second on the transmission shaft 30 fixed crank 17, the torque is transmitted to the non-uniform be translated or four-bar linkage that transmits by means of coupling 18 the torque to the hollow shaft fixed to the rocker 8 nineteenth The resulting swinging movement of the rocker 19 within a pivoting range of 90 degrees is transmitted via the hollow shaft 8 to the driven shaft 24 , which is non-rotatably and removably mounted in the hollow shaft and to which the shut-off and closing element 5 is flanged.
Die Wirkverbindung zwischen Abtriebswelle 24, Hohlwelle 8 und Schwinge 19 bildet das Verbindungselement 31. Im weiteren Verlauf der Antriebswelle 24 ist als Referenzsignalgeber ein Sensor II 6 in Form eines Drehgebers drehfest mit der Abtriebswelle verbunden, dessen Signale über die Signalleitung 32 zur nicht dargestellten Steuereinheit übertragen werden.The operative connection between the output shaft 24 , the hollow shaft 8 and the rocker 19 forms the connecting element 31 . In the further course of the drive shaft 24 , a sensor II 6 in the form of a rotary encoder is non-rotatably connected to the output shaft as a reference signal generator, the signals of which are transmitted via the signal line 32 to the control unit (not shown).
Der mit offenem Gehäuse dargestellte BLGM 2 ist in Fig. 3 im Halbschnitt näher beschrieben. Auf der einerseits im Lager 36 gelagerten Motorwelle 4 sitzt das Rotorpaket 10, das eine nicht magnetische Hülse 9 und einen Permanentmagneten 33 aufweist. Durch die nicht magnetische Hülse wird der magnetische Rückschluss in die Motorwelle 4 verhindert und somit Verluste vermieden.The BLGM 2 shown with an open housing is described in more detail in Fig. 3 in half section. The rotor assembly 10 , which has a non-magnetic sleeve 9 and a permanent magnet 33 , is seated on the motor shaft 4 , which is mounted in the bearing 36 . The non-magnetic sleeve prevents the magnetic yoke in the motor shaft 4 and thus avoids losses.
Axial benachbart sind mehrere Hall-Sensoren 3 ortsfest mittels einer Halterung 34 gelagert. Die Sensorsignale werden über Datenleitungen an die nicht dargestellte Steuereinheit übertragen.A number of Hall sensors 3 are axially adjacent and fixed in place by means of a holder 34 . The sensor signals are transmitted to the control unit (not shown) via data lines.
Umgeben werden diese Bauteile vom Stator 14 bestehend aus schräg angeordneten Statorblechen und deren symmetrische oder asymmetrische Wicklung 15. Die schräg angeordneten Statorbleche verringern das Rastmoment zwischen Stator und Rotor, sodass ein manuelles Öffnen der Absperr- und Schliessvorrichtung von Hand erleichtert wird.These components are surrounded by the stator 14 consisting of obliquely arranged stator laminations and their symmetrical or asymmetrical winding 15 . The diagonally arranged stator plates reduce the cogging torque between the stator and the rotor, so that manual opening of the locking and closing device by hand is made easier.
Fig. 4 zeigt den steuertechnischen Zusammenhang von einer Absperr- und Schliessvorrichtung 1. Die Position des Absperr- und Schliesselements 5 wird direkt mit Hilfe des als Drehgeber ausgebildeten Sensor II 6 über die Signalleitung 32 an die logische Steuereinheit 20 übermittelt. Gleichzeitig wird die vom BLGM 2, bzw. von den Hall-Sensoren ermittelten Signale über die Datenleitung 21 an die logische Steuereinheit übertragen. Die Signale der Hall-Sensoren werden durch Rotation der Motorwelle 4, bzw. des Rotorpakets 10 erzeugt, die in direktem mechanischem Zusammenhang mir dem durch die Getriebeeinheiten 2 in Wirkverbindung befindlichen Absperr- und Schliesselement 5 stehen. Fig. 4 shows the control technical context of a shut-off and closure device. 1 The position of the shut-off and closing element 5 is transmitted directly to the logic control unit 20 via the signal line 32 with the aid of the sensor II 6 designed as a rotary encoder. At the same time, the signals determined by the BLGM 2 or by the Hall sensors are transmitted to the logic control unit via the data line 21 . The signals of the Hall sensors are produced by rotation of the motor shaft 4, and the rotor core 10, which my be in direct mechanical connection to the gearbox by the units 2 located in operative connection shut-off and closure member. 5
Somit stehen Hall-Signal und Referenzsignal in direktem Zusammenhang mit der Steuereinheit, die wie hier nicht dargestellt eine eigene Leistungs-Stromversorgung aufweist. Die Steuereinheit umfasst neben einer zentralen logischen Einheit sämtliche steuertechnischen Bauteile wie Relais, Verkabelung, Schalter, Stecker, Druckschaltungen, Platinen und Bauteile zur Überwachung, um einen solchen Schrankenantrieb geregelt zu betreiben, d. h. die Geschwindigkeits- und Beschleunigungsverläufe sowie definierte Positionen des Absperr- und Schliesselements (5), sowie Drehzahl, Moment und Drehwinkel der Motorwelle (4) auch während des Betriebs zu regeln und einzustellen.The Hall signal and reference signal are thus directly related to the control unit, which, as is not shown here, has its own power supply. In addition to a central logic unit, the control unit includes all control components such as relays, cabling, switches, plugs, pressure switches, circuit boards and components for monitoring in order to operate such a barrier drive in a controlled manner, ie the speed and acceleration profiles as well as defined positions of the shut-off and closing element ( 5 ), as well as regulating and adjusting the speed, torque and angle of rotation of the motor shaft ( 4 ) even during operation.
Fig. 5 stellt ein Funktionsdiagramm mehrerer elektrischer Signale zur Überwachung dar, die mittels der geregelten Steuerung von der geschlossenen bis hin zur offenen Position des Sperr- oder Schliesselements regelbar sind. Als Beispiel sind Warntöne A beim Schliessen der Schranke ggf. mit Vorwarnzeit per Steuerung, Warntöne B beim Öffnen der Schranke sowie optische Warnsignale C beispielsweise als Dauerlicht oder Blinklicht beim Schliessen oder Öffnen der Sperrvorrichtung, Bremsfunktion D und Überwachungsfunktionen E beispielsweise als Lichtschranke oder Schleifkontakt, sowie die Rückmeldung F der offenen und geschlossenen Stellung des Schrankenbaums als Signal dargestellt und durch die logische Steuerung regelbar. Die Signale sind unabhängig voneinander an der Ordinate aufgetragen und kennzeichnen jeweils den Zustand Ein/Aus oder O/I. Die Abszisse kennzeichnet die Position des Absperr- und Schliesselements zwischen dessen offenen und geschlossenen Position. Fig. 5 illustrates a functional diagram of a plurality of electric signals for monitoring represents, which are adjustable by means of the regulated control of the closed up to open the barrier or closure element position. Examples include warning tones A when the barrier is closed, possibly with a warning time via the control, warning tones B when the barrier is opened, and visual warning signals C, for example, as a continuous light or flashing light when the locking device is opened or closed, braking function D and monitoring functions E, for example as a light barrier or sliding contact, and the feedback F of the open and closed position of the barrier boom is represented as a signal and can be regulated by the logic control. The signals are plotted independently of each other on the ordinate and each indicate the state on / off or O / I. The abscissa marks the position of the shut-off and closing element between its open and closed positions.
Als zweites Ausführungsbeispiel ist ein translatorisch bewegtes Rolltor als Absperr- und Schliesselement 5 in Fig. 6 gezeigt. Angetrieben wird dieses Absperr- und Schliesselement 5 durch einen vorstehend beschriebenen geregelten BLGM 2, dem ein weiteres Untersetzungsgetriebe nachgeschaltet ist, das über eine nicht dargestellte, nach aussen geführte Verzahnung, die Zahnstange 38 kämmt und somit das mit der Zahnstange 38 verbundene Absperr- und Schliesselement 5 bewegt. As a second exemplary embodiment, a translationally moved roller door is shown as a blocking and closing element 5 in FIG. 6. Is driven by this shut-off and closure member 5 by an above-described controlled BLGM 2, the further reduction gear is connected downstream of the not shown through a combing led to the outside teeth, the rack 38 and thus the connected to the rack 38 shut-off and closure element 5 moves.
Der geregelte Antrieb ist auf einem Sockel 39 und verstellbaren Gleitlagern 40 gelagert. Auf dem Antrieb ist ein Gehäuse 13 angebracht, das die gesamte Steuerungseinheit und einen Referenzsignalgeber aufnimmt.The regulated drive is mounted on a base 39 and adjustable slide bearings 40 . A housing 13 is mounted on the drive and accommodates the entire control unit and a reference signal transmitter.
Als drittes Ausführungsbeispiel ist ein rotatorisch bewegtes Schwenktor als Absperr- und Schliesselement 5 gezeigt, das zwei der eingangs beschriebenen geregelten Antriebe 27 aufweist, die über eine nicht dargestellte logische Steuerungseinheit geregelt betrieben werden, sodass jede Schwenktorhälfte für sich zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten oder beide gleichzeitig mit gleicher Geschwindigkeit betrieben werden kann.As a third exemplary embodiment, a rotatably moving swivel is shown as a shut-off and closing element 5 , which has two of the regulated drives 27 described at the outset, which are operated in a controlled manner via a logic control unit (not shown), so that each swivel half for itself at different times with different speeds or both can be operated at the same speed at the same time.
Die Getriebeeinheiten 22, die direkt an den Schwenktoren angreifen, sind als mehrwertige Koppelgetriebe ausgebildet. The gear units 22 , which act directly on the swing gates, are designed as multi-value coupling gears.
11
Absperr- und Schliessvorrichtung
Shut-off and locking device
22
bürstenloser Gleichstrommotor
(BLGM)
brushless DC motor (BLGM)
33rd
Hall-Sensor
Hall sensor
44
Motorwelle
Motor shaft
55
Absperr- und Schliesselement
Shut-off and closing element
66
Sensor II
Sensor II
77
Mittel
medium
88th
Hohlwelle
Hollow shaft
99
Hülse
Sleeve
1010th
Rotorpaket
Rotor package
1111
Gehäusedeckel
Housing cover
1212th
Viergelenk- bzw. Koppelgetriebe
Four-link or coupling gear
1313
Gehäuse
casing
1414
Stator
stator
1515
Wicklung
Winding
1616
Federmotoren
Spring motors
1717th
Kurbel
crank
1818th
Koppel
Paddock
1919th
Schwinge
Swingarm
2020th
Steuereinheit
Control unit
2121
Datenleitung
Data line
2222
Getriebeeinheiten
Gear units
2323
Untersetzungsgetriebe
Reduction gear
2424th
Abtriebswelle
Output shaft
2525th
Rahmen
frame
2626
Stromzuführungskabel
Power supply cable
2727
geregelter Antrieb
regulated drive
2828
Schneckenradwelle
Worm gear shaft
2929
1. Getriebewelle
1. Gear shaft
3030th
2. Getriebewelle
2. Gear shaft
3131
Verbindungselement
Fastener
3232
Signalleitung
Signal line
3333
Permanentmagnet
Permanent magnet
3434
Halterung
bracket
3535
Motorgehäuse
Motor housing
3636
Lager
camp
3737
-
-
3838
Zahnstange
Rack
3939
Sockel
base
4040
Gleitlager
bearings
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