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Die
Erfindung betrifft eine Schiebetür
mit einer magnetischen Trageinrichtung nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1, insbesondere für
eine automatisch betriebene Tür
und weiter insbesondere eine besondere Ausgestaltung eines Tragelementes der
Trageinrichtung. Die magnetische Trageinrichtung besteht aus mindestens
einer Magnetreihe, wobei von diesem Begriff eine Anordnung einzelner Dauermagnete
und auch längliche
Einzelmagnete umfasst sind. Die Magnetreihe kann ortsfest oder ortsveränderlich
angeordnet sein.
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Aus
der
DE 40 16 948 A1 ist
eine Schiebetürführung bekannt,
bei der miteinander zusammenwirkende Magnete bei normaler Belastung
eine berührungsfreie
schwebende Führung
eines in der Schiebeführung
gehaltenen Türflügels oder
dergleichen bewirken. Nachteilig ist dabei die V-förmige Anordnung
der Permanentmagnete, da durch eine derartige Anordnung keine seitlich
stabile Führungsbahn realisiert
werden kann.
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Aus
der WO 00/50719 A1 ist ein kombiniertes Lager- und Antriebssystem
für eine
automatisch betriebene Tür
bekannt, bei der ein permanent magnetisches Tragsystem symmetrisch
aufgebaut ist und ortsfeste und ortsveränderbare Magnetreihen aufweist,
die jeweils in einer Ebene angeordnet sind, wobei sich das Tragsystem
in einem labilen Gleichgewicht befindet. Hier weist das Tragsystem
symmetrisch angeordnete seitliche Führungselemente auf, die rollenförmig gelagert
sein können.
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Diesen
beiden Lagersystemen gemeinsam ist, dass sie nach dem Prinzip der
abstoßenden
Kraftwirkung arbeiten, welches Wirkprinzip einen stabilen Schwebezustand,
ohne aufwendige elektrische Regeleinrichtungen, ermöglicht.
Nachteilig hieran ist jedoch, dass sowohl mindestens eine ortsfeste
als auch mindestens eine ortsveränderbare
Magnetreihe vorhanden sein muss, d. h. dass über den gesamten Weg der Schiebeführung bzw.
des Lagers der automatisch betriebenen Tür und an dem entlang dieser Führung beweglichen
Tragschlitten für
die Tür
Magnete angeordnet sein müssen,
wodurch ein solches System, das sich aufgrund des Wegfalls der mechanischen
Reibung zum Tragen der Tür
durch extreme Leichtgängigkeit
und geräuschlose
Arbeitsweise auszeichnet und nahezu verschleiß- und wartungsfrei ist, in der Herstellung
sehr teuer wird.
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Aus
der
DE 196 18 518
C1 ist weiter ein elektromagnetisches Antriebssystem für magnetische Schwebe-
und Tragsysteme bekannt, bei dem durch eine geeignete Anordnung
von Dauermagnet und ferromagnetischem Material ein stabiler Schwebe- und
Tragzustand erreicht wird. Hierzu versetzt der Dauermagnet das ferromagnetische
Material in den Zustand einer magnetischen Teilsättigung. Elektromagnete sind
so angeordnet, dass die Dauermagneten allein durch eine Änderung
der Sättigung
in der Tragschiene bewegt werden, und die Spulenkerne sind in die
dauermagnetische Teilsättigung,
die zum Schwebe- und Tragezustand führt, mit einbezogen.
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Weiter
zeigt die WO 94/13055 einen Ständerantrieb
für einen
elektrischen Linearantrieb und eine mit einem solchen Ständer versehene
Tür, die mittels
Magneten im Türsturz
eines Rahmens aufgehängt
ist. Hierfür
sind an der Türfüllung mehrere
Magnete oder Magnetgruppen angeordnet, deren magnetische Feldstärke so groß ist, dass
eine Anziehungskraft zu einer Führungsplatte
erreicht wird, die an der Unterseite des Türsturzes an geordnet ist, wobei
die Anziehungskraft ausreicht, um das Gewicht der Türfüllung anzuheben.
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Den
beiden in diesen Druckschriften beschriebenen Systemen ist gemeinsam,
dass die magnetische Anziehungskraft schon während der Herstellung präzise auf
die jeweilige zu tragende Last eingestellt werden muss, wodurch
diese Systeme für den
praktischen Einsatz ungeeignet oder zu teuer sind.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Schiebetür mit einer
magnetischen Trageinrichtung so weiterzuentwickeln, dass die zuvor
genannten Vorteile bei geringeren Herstellungskosten bestehen bleiben.
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Gelöst wird
diese Aufgabe mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patentanspruches
1 sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Eine
erfindungsgemäße Schiebetür mit magnetischer
Trageinrichtung für
mindestens einen Türflügel, wobei
die Trageinrichtung mindestens eine Magnetreihe, mindestens ein
in anziehender Kraftwirkung, mit mindestens einer der mindestens
einen Magnetreihe, stehendes weich- oder hartmagnetisches Tragelement,
vorzugsweise als wenigstens eine Tragschiene, ein Führungselement,
das einen bestimmten spaltförmigen
Abstand zwischen der mindestens einen Magnetreihe und der Tragschiene gewährleistet
und eine vertikal wirkende Tragkrafteinstellung aufweist, weist
gegenüber
dem beschriebenen Stand der Technik den Vorteil auf, dass das Tragelement
aufgrund der ausgenutzten anziehenden Kraftwirkung nicht notwendiger
Weise hartmagnetisch sein muss. Da weiter ein Führungselement vorgesehen ist,
welches einen bestimmten spaltförmigen
Abstand zwischen der mindestens einen Magnetreihe und dem Tragelement
ge währleistet, braucht
trotz Ausnutzung eines instabilen Gleichgewichtszustandes keine
elektrische oder elektronische Regeleinrichtung vorgesehen zu werden.
Ein spaltförmiger
Abstand im Sinne dieser Erfindung ist ein Abstand zwischen zwei
parallelen oder wenig gegeneinander geneigten Flächen. Hier insbesondere zwischen
einer Polfläche
einer der mindestens einen Magnetreihe und einer dieser gegenüberliegend
im Wesentlichen parallel dazu angeordneten Fläche des Tragelementes. Schließlich ist
durch die erfindungsgemäße Tragkrafteinstellung
ein leichtes Anpassen der erfindungsgemäßen Trageinrichtung an unterschiedliche
Lasten möglich,
d. h. an unterschiedlich schwere Türflügel der erfindungsgemäßen Schiebetür. Durch
dieses Merkmal können
die Trageinrichtungen der erfindungsgemäßen Schiebetüren ohne Berücksichtigung
der tatsächlichen
späteren
Verwendung ohne Unterschiede in Serie gefertigt werden, d. h. ohne
einen bei der Fertigung erforderlichen Abgleich an das später zu tragende
Gewicht. Ferner ist bei einer Änderung
der Flügel
und/oder einer Reparatur die Lagerhaltung wesentlich vereinfacht.
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Die
erfindungsgemäße Tragkrafteinstellung umfasst
vorzugsweise eine Verstelleinrichtung, durch die das Tragelement
oder Teile des Tragelementes in einer Richtung senkrecht zu einem
Abstand so verstellbar sind, dass der Abstand zwischen der mindestens
einen Magnetreihe und dem Tragelement bei deren Verstellung konstant
bleibt. Durch eine solche Verstellung kann zum einen eine einfache
Höheneinstellung
und zum anderen eine einfache Tragkraftverstellung realisiert werden.
Die Höhenverstellung ist
besonders vorteilhaft, wenn das Tragelement aus mehreren Segmenten
besteht, die in Verschieberichtung, also senkrecht zur Tragrichtung
und zur seitlichen Richtung oder Querrichtung, nebeneinander angeordnet
sind, also aufeinander folgend, durchfahren werden. Auch bei einer
parallelen Anordnung mehrerer Tragelemente und Magnetreihen zum
Tragen einer Last ist eine individuelle Höhenverstellung zum gegen seitigen
Abgleich der parallel angeordneten mehreren Tragelemente und Magnetreihen
sinnvoll. Durch diese einfache Möglichkeit
der Tragkraftverstellung kann die erfindungsgemäße Trageinrichtung leicht bei
der Montage an unterschiedliche Traglasten angepasst werden, ohne
dass konstruktive Änderungen
oder ein Austausch von Elementen der Trageinrichtung erfolgen müssen. Ist
vorgesehen, dass nur Teile der Trageinrichtung verstellbar sind,
so können
die Kräfte
auf die verstellbaren Teile der Trageinrichtung möglichst
klein gehalten werden, wodurch der konstruktive Aufwand einer Verstelleinrichtung
gegenüber
dem Fall einer Verstellung der gesamten Trageinrichtung verringert
wird.
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In
einer ersten bevorzugten Ausgestaltung dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform
weist vorzugsweise jedes Tragelement eine U-förmige Tragschiene mit einem
Bodenbereich und zwei Seitenbereichen auf, wobei der die beiden
Seitenbereiche verbindende Bodenbereich fest und wenigstens einer
der beiden Seitenbereiche verstellbar angeordnet sind, und eine
Magnetreihe der mindestens einen Magnetreihe wenigstens teilweise
so innerhalb der U-förmigen
Tragschiene geführt
wird, dass eine Innenfläche
des wenigstens einen verstellbaren Seitenbereiches oder ein abgeknickter,
parallel zu dem Bodenbereich verlaufender Endbereich des wenigstens
einen verstellbaren Seitenbereiches mit dem bestimmten Abstand zu
einer parallel zu der Innenfläche
des wenigstens einen verstellbaren Seitenbereiches oder zu einer
senkrecht zu der Bodenfläche
verlaufenden Stirnfläche
des Endbereiches angeordneten ersten Seite der Magnetreihe angeordnet
ist.
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In
einer Weiterbildung dieser ersten bevorzugten Ausgestaltung dieser
erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist vorzugsweise eine Innenfläche des
anderen Seitenbereiches oder ein abgeknickter, parallel zu dem Bodenbereich
verlaufender Endbereich des anderen Seitenbereiches mit dem glei chen oder
einem anderen bestimmten spaltförmigen
Abstand zu einer der ersten Seite der Magnetreihe gegenüberliegend
angeordneten zweiten Seite der Magnetreihe oder einer weiteren Magnetreihe
der wenigstens einen Magnetreihe verstellbar angeordnet.
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In
einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform
weist vorzugsweise jedes Tragelement zwei Tragschienen auf, von
denen wenigstens eine mit einem bestimmten Abstand verstellbar zu
einer ersten Seite einer der mindestens einen Magnetreihe angeordnet
ist und die andere mit dem gleichen oder einem anderen bestimmten
spaltförmigen
Abstand zu einer der ersten Seite der Magnetreihe gegenüberliegenden
zweiten Seite der Magnetreihe oder einer weiteren Magnetreihe der
wenigstens einen Magnetreihe angeordnet ist.
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Vorzugsweise
wird der Abstand zwischen Magnetreihe und Tragelement so klein wie
möglich gehalten.
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Nach
der Erfindung ist das Tragelement vorzugsweise ortsfest und die
mindestens eine Magnetreihe ortsveränderlich angeordnet, d. h.
im Fall der Schiebetür
ist diese an der Magnetreihe aufgehangen, wohingegen das Tragelement
eine Führung für das Türelement
oder die Türelemente
einer mehrflügeligen
Schiebetür
bildet. Diese Ausgestaltung ermöglicht
in besonders einfacher Weise eine Kombination der erfindungsgemäßen Trageinrichtung
mit einem elektromagnetischen Linearantrieb, bei dem der Läufer mittels
der Magnetreihe(n) gebildet wird. Natürlich ist auch die Ausgestaltung
des Tragelementes ortsveränderlich
und der Magnetreihe(n) ortsfest möglich.
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Erfindungsgemäß besteht
die mindestens eine Magnetreihe vorzugsweise aus einzelnen Dauermagneten,
da so durch die Aneinanderreihung ein zelner kleinerer Magnete bei
der Materialbeschaffung und damit im Herstellungsprozess der erfindungsgemäßen Trageinrichtung
Kosten gespart werden können.
Weiter können
aufgrund dieser Ausgestaltung leichter Toleranzen ausgeglichen und
magnetische Eigenschaften besser ausgenutzt werden. Anstelle einer
Reihe von Magneten kann auch ein Einzelmagnet eingesetzt werden,
wodurch das relativ schwierige Montieren der Vielzahl von einzelnen
Magneten entfällt.
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Bei
der erfindungsgemäßen Trageinrichtung ist
die mindestens eine Magnetreihe, vorzugsweise quer zur Tragrichtung,
magnetisiert. Weiter vorzugsweise ist die mindestens eine Magnetreihe
auch ebenfalls quer zu einer Verschieberichtung magnetisiert, in
der ein von der Trageinrichtung getragenes Element, z. B. ein Schiebetürelement,
verfahren werden kann. Bei dieser vorzugsweisen Anordnung der Magnetisierung,
der mindestens einen Magnetreihe quer zur Tragrichtung, ergibt sich
eine besonders einfache konstruktive Ausgestaltung des Führungselementes,
da dieses in diesem Fall unabhängig
von einer Kraft geplant und ausgeführt werden kann, die von der
Trageinrichtung erzeugt werden muss, um das getragene Element in
einem Schwebezustand zu halten.
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Nach
der Erfindung wechselt vorzugsweise die Magnetisierung der mindestens
einen Magnetreihe in einer Längsrichtung
der mindestens einen Magnetreihe in bestimmten Abständen das
Vorzeichen. Dieses Merkmal, das besonders einfach bei einer aus
einzelnen Dauermagneten bestehenden Magnetreihe verwirklicht werden
kann, bewirkt eine bessere magnetische Wirkung, da zusammen mit
der Trageinrichtung ein magnetischer Feldschluss der einzelnen Magnetisierungsbereiche,
d. h. zwischen den einzelnen Dauermagneten, erzeugt wird. Auch bei
dieser vorzugsweisen Ausführungsform
kann anstelle der einzelnen Dauermagnete mit abwechselnder Polarisierung
ein mehrfach polarisierter Einzelmagnet eingesetzt werden. Weiter
wird durch dieses Merkmal erreicht, dass das den spaltförmigen Abstand
gewährleistende
Führungselement
bei auf beiden Seiten der Magnetreihe vorhandenem Tragelement keine
großen
Kräfte
aufnehmen muss, da sich die zwischen der mindestens einen Magnetreihe
und dem Tragelement in Magnetisierungsrichtung wirkenden Kräfte bestenfalls
aufheben. Dieser Effekt wird mit einer steigenden Anzahl abwechselnder
Polarisierungen stärker
unterstützt,
da damit sowohl Toleranzen in den Feldstärken einzelner Polarisierungsbereiche
besser ausgeglichen werden, als auch eine solche Überlagerung
der von den einzelnen Polarisierungsbereichen jeweils erzeugten
Kräften
erfolgt, dass ein Feld erzeugt wird, welches dem Aufbau von Querkräften entgegenwirkt.
Mindestens sollten drei aufeinander folgende Polarisierungsbereiche
vorgesehen sein, damit eine bei lediglich zwei Polarisierungsbereichen
der Magnetreihe mögliche
Verkantung der Magnetreihe nicht eintritt, die bereits große Querkräfte erzeugen
kann. Bei Verwendung einer U-förmigen
Tragschiene wird zwar aufgrund der Ausgestaltung der Tragschiene
als solche bereits ein besserer Magnetfeldschluss erreicht, als
bei Verwendung von zwei Tragschienen, die auf beiden Seiten der
Magnetreihe angeordnet sind, bei einer Kombination dieser Merkmale
ergibt sich jedoch ein besonders guter magnetischer Feldschluss.
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Das
Tragelement ist nach der Erfindung vorzugsweise weichmagnetisch,
wodurch besonders niedrige Kosten hinsichtlich dieses Elementes
erreicht werden.
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Das
Führungselement
umfasst nach der Erfindung vorzugsweise Rollen, Wälz- und/oder
Gleitkörper.
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Nach
der Erfindung besteht die mindestens eine Magnetreihe vorzugsweise
aus einem oder mehreren Hochleistungsmagneten, vorzugsweise Sel tenenerden-Hochleistungsmagneten,
weiter vorzugsweise aus Neodym-Eisen-Bor
(NeFeB) bzw. Samarium-Cobalt (Sm2Co) oder
kunststoffgebundenen Magnetwerkstoffen. Durch die Verwendung von
solchen Hochleistungsmagneten lassen sich wegen der höheren Remanenzinduktion
wesentlich höhere Kraftdichten
erzeugen als mit Ferrit-Magneten. Demzufolge lässt sich das Magnetsystem bei
gegebener Tragkraft mit Hochleistungsmagneten geometrisch klein
und damit platzsparend aufbauen. Die gegenüber Ferrit-Magneten höheren Materialkosten
der Hochleistungsmagnete werden durch das vergleichsweise geringe
Magnetvolumen zumindest kompensiert.
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Alle
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Trageinrichtung
können
mit einem elektromagnetischen Linearantrieb oder mit einem elektromechanischen
Linearantrieb ausgestaltet, kombiniert oder integriert werden, der
auch innerhalb der U-förmigen
Tragschiene angeordnet sein kann.
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Die
erfindungsgemäße Trageinrichtung
wird zum Tragen mindestens eines Türflügels einer Schiebetür eingesetzt,
die vorzugsweise als Bogenschiebetür oder Horizontal-Schiebewand
ausgebildet ist. Sie kann neben diesem Einsatz auch zum Tragen von
Torflügeln
oder in Zuführeinrichtungen,
Handlingseinrichtungen oder Transportsystemen eingesetzt werden.
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Die
Erfindung wird anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen
näher beschrieben.
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Dabei
zeigen:
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1: Einen Querschnitt einer ersten bevorzugten
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung in verschiedenen Belastungszuständen,
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2:
die Tragkraftkennlinie der magnetischen Trageinrichtung nach der
in 1 gezeigten ersten bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung,
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3:
den Querkraftverlauf der magnetischen Trageinrichtung nach der in 1 gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung,
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4:
eine Schnittdarstellung einer Draufsicht der magnetischen Trageinrichtung
nach der in 1 gezeigten ersten bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung,
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5:
einen Querschnitt einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung,
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6:
einen Querschnitt einer dritten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung,
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7:
einen Querschnitt einer vierten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung,
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8:
einen Querschnitt einer fünften
bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung,
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9:
einen Querschnitt einer sechsten bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung und
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10:
einen Querschnitt einer siebten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung.
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Die 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen magnetischen Trageinrichtung
für Schiebetüren im Querschnitt.
Zur Erläuterung
ist ein Koordinatensystem eingezeichnet, bei dem eine x-Richtung eine Fahrtrichtung
eines an der erfindungsgemäßen Trageinrichtung
aufgehängten
Türflügels 5 darstellt.
Die Richtung der auf die magnetische Trageinrichtung wirkenden Querkräfte ist
die y-Richtung und die durch das Gewicht der aufgehängten Türflügel 5 bedingte
vertikale Magnetauslenkung nach unten ist in z-Richtung eingezeichnet.
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Eine
an einem Tragschlitten 4 befestigte Magnetreihe 1 wird
durch ein an dem Tragschlitten 4 vorgesehenes mechanisches
Führungselement 3, das
mit einem Gehäuse 6 der
Trageinrichtung zusammenwirkt, in horizontaler Richtung zentriert
zwischen den weichmagnetischen Tragschienen 2a, 2b, die
das Tragelement 2 bilden, zwangsgeführt, während sie in vertikaler Richtung
und in Fahrtrichtung (x) des Türflügels 5 frei
verschiebbar ist. Durch die so erzwungene Symmetrie heben sich die
in y-Richtung an den Magneten 1a, 1b, 1c, 1d angreifenden
Querkräfte
weitgehend auf. In vertikaler Richtung (z-Richtung) nehmen die Magnete 1a, 1b, 1c, 1d nur
im lastfreien Zustand, also ohne an dem Tragschlitten 4 befestigte
Last, wie in der 1a) gezeigt, eine symmetrische
Lage ein.
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Die
beiden Tragschienen 2a, 2b sind jeweils mittels
Schrauben 18 in ihrer vertikalen Position, d. h. in Tragrichtung
(z-Richtung), verstellbar, um die erfindungsgemäße vertikal wirkende Tragkrafteinstellung zu
realisieren.
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Bei
Belastung der Magnete 1a, 1b, 1c, 1d mit der
Gewichtskraft Fg, z. B. durch den an dem
Tragschlitten 4 befestigten Türflügel 5, werden diese
in vertikaler Richtung aus der in 1a) gezeigten symmetrischen
Lage über
einen in 1b) gezeigten Zwischenzustand
in eine in 1c) gezeigte Gleichgewichtslage
bewegt, die durch die zu tragende Gewichtskraft Fg und
eine magnetische Rückstellkraft
zwischen den Magneten 1a, 1b, 1c, 1d der
Magnetreihe 1 und den Tragschienen 2a, 2b des
Tragelementes 2, im Folgenden auch als Tragkraft F(z) bezeichnet,
bestimmt ist. Die Ursache dieser Rückstellkraft sind die zwischen
den Magneten 1a, 1b, 1c, 1d der
Magnetreihe 1 und den Tragschienen 2a, 2b wirkenden
magnetischen Anziehungskräfte,
wobei nur der Teil der Magnete 1a, 1b, 1c, 1d,
der zwischen den Tragschienen 2a, 2b nach unten
heraustritt, zu dieser magnetischen Tragkraft beiträgt. Da dieser Teil
mit größer werdender
vertikaler Auslenkung zunimmt, steigt die magnetische Tragkraft
dem Betrag nach kontinuierlich mit der Auslenkung an.
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2 zeigt
die Abhängigkeit
zwischen der vertikalen Auslenkung der Magnetreihe 1 und
der magnetischen Tragkraft in einer Kennlinie, d. h. die Tragkraftkennlinie
der Trageinrichtung gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform. Auf der Abszisse ist
die vertikale Auslenkung z nach unten, z. B. in mm, und auf der
Ordinate die korrespondierende erzeugte magnetische Tragkraft F(z),
z. B. in Newton, angegeben. Der Verlauf der Tragkraftkennlinie ist durch
einen oberen und einen unteren Abrisspunkt gekennzeichnet, die jeweils
erreicht werden, wenn die Magnete zwischen den Tragschienen nach
oben bzw. nach unten vollständig
heraustreten, wie es für den
Fall nach unten in 1e) gezeigt ist. Wird diese kritische
Auslenkung kraftbedingt überschritten,
so schwächen
sich die Rückstellkräfte durch
den zunehmenden Abstand zu den Tragschienen 2a, 2b ab,
wodurch in diesen Bereichen kein stabiler Gleichgewichtszustand
zwischen der Tragkraft F(z) und der durch die Last bedingten Gewichtskraft
Fg erreicht werden kann.
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In
der Praxis kann ein solches Abreißen der Tragkraft F(z) durch
die Gewichtskraft Fg der Türflügelmasse
durch eine mechanische Begrenzung der möglichen Auslenkung der Magnetreihe 1 zuverlässig verhindert
werden, wie sie beispielhaft in 1d) gezeigt
ist. Hier umfasst das die Tragschienen 2a, 2b aufnehmende
und eine horizontale Führung
für das Führungselement 3 bietende
Gehäuse 6 gleichzeitig zwei
jeweils an seinen unteren Enden angeordnete Vorsprünge 6a, 6b,
die eine mechanische Begrenzung der möglichen Auslenkung des Tragschlittens 4 und
somit der an diesem starr befestigten Magnetreihe 1 in
z-Richtung sind.
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Zwischen
dem oberen Abrisspunkt und dem unteren Abrisspunkt verläuft die
Tragkraftkennlinie nahezu linear, wobei bei einer positiven Auslenkung der
Magnetreihe 1, d. h. einer Auslenkung nach unten, die durch
den am Tragschlitten 4 befestigten Türflügel 5 erfolgt, von
dem Ursprung des Koordinatensystems zwischen vertikaler Auslenkung
z der Magnetreihe 1 und magnetischer Tragkraft F(z) bis
zu dem unteren Abrisspunkt auf der Tragkraftkennlinie Betriebspunkte
mit negativer Steigung durchfahren werden, in denen sich eine jeweilige
stabile Lage der Magnetreihe 1 zwischen den Tragschienen 2a, 2b, bedingt
durch die auf die Magnetreihe 1 wirkende Gewichtskraft
Fg und der betragsgleichen, in entgegengesetzte
Richtung wirkende magnetische Tragkraft F(z) einstellen kann.
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Bei
strenger Symmetrie der beschriebenen magnetischen Trageinrichtung
um die vertikale Mittelachse (z-Achse), die sowohl von der Anordnung der
Trageinrichtung als auch dem mechanischen Führungselement 3 abhängt, heben
sich die horizontalen Magnetkraft-Komponenten in Querrichtung, d. h.
in y-Richtung, vollständig
auf. Verlässt
die Magnetreihe 1 toleranzbedingt diese exakte Mittellage,
so stellt sich aufgrund unterschiedlich starker Anziehungskräfte zu den
beiden Tragschienen 2a, 2b eine auf die Magnetreihe 1 wirkende
Querkraft F(y) ein.
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Die 3 zeigt
für eine
Spaltbreite von z. B. –1
mm bis +1 mm einen Querkraftverlauf F(y) in Abhängigkeit von einer seitlichen
Verschiebung y der Magnete 1a, 1b, 1c, 1d,
der über
den ganzen Verlauf eine positive Steigung hat. Das bedeutet, dass
im Null-Punkt des Koordinatensystems, der zur Mittellage der Magnetreihe 1 zwischen
den Tragschienen 2a, 2b korrespondiert, ein instabiles
Kräftegleichgewicht
vorliegt. In allen anderen Punkten des Koordinatensystems herrscht
eine resultierende Querkraft F(y).
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Da
in der Mittellage nur ein instabiles Kräftegleichgewicht vorliegt,
muss das Führungselement 3 eine
präzise
mechanische Lagerung bieten, die die Magnetreihe 1 während der
Fahrbewegung der Magnetreihe 1 in Bewegungsrichtung, d.
h. in x-Richtung, exakt mittig zwischen den Tragschienen 2a, 2b führt. Je
genauer diese Zentrierung realisiert werden kann, umso geringer
sind die resultierende Querkraft F(y) und hiermit verbundene Reibungskräfte der
mechanischen Lagerung.
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Um
die Trageigenschaften zu optimieren, sollte die Magnetbreite, d.
h. die Abmessungen der Magnetreihe 1 bzw. von deren Einzelmagneten 1a, 1b, 1c, 1d in
y-Richtung, möglichst
groß sein,
denn eine große
Magnetbreite bewirkt eine große
Feldstärke,
die zu großen
Tragkräften
führt.
Die Magnethöhe, also
die Abmessungen der Magnetreihe bzw. von deren Einzelmagneten 1a, 1b, 1c, 1d in
z-Richtung, sollte möglichst
klein sein, denn kleine Magnethöhen erhöhen die
Steifigkeit des Tragkraftfeldes durch Bündelung des Feldes.
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Die
Höhe der
Tragschienen 2a, 2b sollte möglichst klein sein, günstig ist
eine Tragschienenhöhe
kleiner 1/2 der Magnethöhe,
denn die Feldlinien der Dauermagnete werden gebündelt und hierdurch die Steifigkeit
des magnetischen Tragsystems erhöht.
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Die
Anordnung sollte so gewählt
werden, dass die weichmagnetischen Tragschienen 2a, 2b im Gleichgewichtszustand,
in dem die magnetische Tragkraft F(z) betragsgleich der durch Belastung
der Magnetreihe 1 mit dem Türflügel 5 hervorgerufenen Gewichtskraft
Fg ist, vertikal unsymmetrisch um die Magnetreihe 1 liegen
und die Magnetreihe 1 sollte möglichst kontinuierlich sein,
um Rastkräfte
in Bewegungsrichtung, d. h. in x-Richtung,
zu vermeiden.
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In 4 ist
eine Schnittdarstellung einer Aufsicht der in 1a nach
einer Schnittlinie A-A gezeigten Trageinrichtung nach der ersten
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung gezeigt. Es ist zu erkennen, dass die Magnetreihe 1 aus
Einzelmagneten 1a, 1b, 1c, 1d besteht,
die mit abwechselnder Magnetisierungsrichtung zwischen den beiden
seitlich angeordneten Tragschienen 2a, 2b angeordnet
sind, die aus einem weichmagnetischen Material bestehen. In dieser
Ausführungsform,
in der die Tragschienen 2a, 2b den feststehenden
Teil der erfindungsgemäßen Trageinrichtung
bilden, sind die Einzelmagnete 1a, 1b, 1c, 1d zur
Bildung der Magnetreihe 1 an dem beweglichen Tragschlitten 4 befestigt
und können
zwischen den Schienen in x- und z-Richtung verschoben werden. Bei
einer vertikalen Verschiebung, d. h. einer Verschiebung in z-Richtung,
um einen kleinen Weg, ca. 3–5
mm, aus der Null-Lage, d. h. der geometrischen Symmetrielage, ergibt
sich, bedingt durch die Verwendung äußerst starker Dauermagnete,
z. B. aus NeFeB, eine erhebliche Rückstellkraft, die zum Tragen
eines Schiebetürflügels 5 mit
einem Gewicht von ca. 80 kg/m geeignet ist. In der in 4 gezeigten
Anordnung, bei der die Dauermagnete 1a, 1b, 1c, 1d mit
abwechselnder Magnetisierungsrichtung zwischen den beiden Tragschienen 2a, 2b angeordnet
sind, wirkt sich der Feldschluss durch die Tragschienen 2a, 2b bei
wechselseitiger Magnetisierungsrichtung der nebeneinander angeordneten
Magnete positiv verstärkend
aus.
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Die 5 zeigt
einen Querschnitt einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung, bei der zwei ortsveränderbare Magnetreihen 1e, 1f an
dem Tragschlitten 4 befestigt sind, wobei zwischen den
beiden ortsveränderbaren
Magnetreihen zentriert Magnetspulen 17 eines Linearantriebes
angeordnet sind. Dieses macht deutlich, dass die magnetische Trageinrichtung
auch mit einem Linearantrieb kombiniert werden kann, um so eine
automatische Schiebetür zu
realisieren.
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Das
wie bei der zuvor beschriebenen ersten bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung prinzipiell U-förmige Gehäuse 6 weist
im Gegensatz dazu nicht lediglich einen Boden 16 und zwei
senkrecht auf diesem stehende symmetrische Seitenbereiche 7 auf, wobei
die Tragschienen 2a, 2b in den zwischen dem Boden 16 und
einem der jeweiligen Seitenbereiche 7 gebildeten Kanten
angeordnet sind, sondern weist gegenüber der zuvor beschriebenen
Ausgestaltung verstärkte
Seitenbereiche 7 auf, die an der jeweiligen Kante mit dem
Bodenbereich eine Einfräsung 15 oder
Einkerbung aufweisen, die die als freie Schenkel 26 ausgebildeten
seitlichen Tragschienen 2a, 2b einer prinzipiell
U-förmigen
Tragschiene mit nach außen,
d. h. von den innerhalb des Tragschlittens 4 angeordneten
Magnetreihen 1e, 1f weg, versetzten Endbereichen
der seitlichen Tragschienen 2a, 2b aufnehmen.
Zusätzlich
liegt an dem Boden 16 des Gehäuses 6 eine weitere
Tragschiene 14 an, die so U-förmig ausgeführt ist, dass deren freie Schenkel 27 an
den seitlichen Tragschienen 2a, 2b zur Anlage kommen.
Die Seitenbereiche der Tragschienen 2a, 2b sind über eine
hier aus Schrauben 18 bestehende, mit den freien Schenkeln 26 zusammenwirkende, in
dem Gehäuse 6 angreifende
Verstelleinrichtung in Tragrichtung (z-Richtung) verstellbar angeordnet. Die
Seitenbereiche 7 des Gehäuses 6 weisen zusätzliche
Einfräsungen
oder Einkerbungen auf, die nicht einfach rechteckig sind, sondern
zusätzlich
jeweils eine Nut 19 ausbilden, in denen nach außen versetzte
Endbereiche 28 der Tragschienen 2a, 2b jeweils eingreifen
können.
Weiter sind zusätzlich
Aufnahmen für
die aus den Schrauben 18 bestehenden Verstelleinrichtungen
vorgesehen.
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Die
an dem Tragschlitten 4 befestigten Magnetreihen 1e, 1f werden
durch als Führungselement 3 vorgesehene
drehgelagerte Rollen 20, die an dem Tragschlitten 4 befestigt
sind und gegen die Seitenbereiche 7 des Gehäuses 6 wirken,
in horizontaler Richtung mit bestimmtem Abstand innerhalb der seitlichen
Tragschienen 2a, 2b, die zusammen mit der Tragschiene 14 das
Tragelement bilden, zwangsgeführt,
während
sie in vertikaler Richtung und in Fahrtrichtung des Türflügels 5 frei
verschiebbar sind. Durch die so erzwungene Symmetrie heben sich
die an den Magneten 1e, 1f angreifenden Querkräfte entsprechend
der ersten bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung weitgehend auf. Die Trageigenschaften in vertikaler Richtung
entsprechen prinzipiell denen der ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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Die 6 zeigt
einen Querschnitt einer dritten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung, bei der eine ortsveränderbare Magnetreihe 1 an
einem Tragschlitten 4 befestigt ist, wobei neben der ortsveränderbaren
Magnetreihe 1 Magnetspulen 17 eines Linearantriebes,
wie in der 5, angeordnet sind.
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Das
wie bei der zuvor beschriebenen ersten bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung prinzipiell U- förmige Gehäuse 6 weist
im Gegensatz dazu nicht lediglich den Boden 16 und zwei
senkrecht auf diesem stehende Seitenbereiche 8, 9 auf,
wobei Tragschienen 2c, 2d in den zwischen Boden 16 und
den jeweiligen Seitenbereichen 8, 9 gebildeten
Kanten angeordnet sind, sondern weist gegenüber der zuvor beschriebenen
Ausgestaltung einen verstärkten
Seitenbereich 9 auf, der an einer Kante mit dem Bodenbereich 16 eine
Einfräsung
oder Einkerbung 29 aufweist, die eine Magnetfeldleitschiene 25 aufnimmt, so
dass diese zumindest in Tragrichtung (positiver z-Richtung) von
dem Gehäuse 6 gehalten
wird. Die Spulen 17 des Linearantriebes sind zwischen der Magnetfeldleitschiene 25 und
der Magnetreihe 1, fest mit dem Gehäuse 6 verbunden, angeordnet.
Auf der anderen Seite der Magnetreihe 1 ist eine in vertikaler Richtung
(z-Richtung) verstellbare Tragschiene 2a angeordnet. Die
eine Tragschiene 2a ist vorzugsweise so zu den Spulen 17 des
Linearantriebes und der Magnetreihe 1 ausgerichtet, dass
neben den Trageigenschaften ein magnetischer Feldschluss der Spulen 17 erreicht
wird. Weiter ist zusätzlich
eine Aufnahme für
die aus Schrauben 18 bestehende Verstelleinrichtung vorgesehen,
die die Tragschiene 2a in Tragrichtung (z-Richtung) so
verstellbar hält,
dass der bestimmte spaltförmige
Abstand zwischen dieser Tragschiene 2a und der Magnetreihe 1 eingehalten
wird.
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Die
an dem Tragschlitten 4 außermittig befestigte Magnetreihe 1 wird
durch als Führungselement 3 vorgesehene
drehbare Rollen 20, die an dem Tragschlitten 4 befestigt
sind und gegen die Seitenbereiche 8, 9 wirken,
in horizontaler Richtung mit festen Abständen zu den Tragschienen 2a, 25,
die das Tragelement bilden und dem Linearantrieb 17 zwangsgeführt, während sie
in vertikaler Richtung und in Fahrtrichtung des Türflügels 5 frei
verschiebbar sind. Durch die so erzwungene magnetische Symmetrie
heben sich die an den Magneten 1 angreifenden Querkräfte entsprechend
der ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weitgehend auf. Die Trageigenschaften in vertikaler
Richtung entsprechen prinzipiell denen der ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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Die 7 zeigt
einen Querschnitt einer vierten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung, die in Bezug auf die in der 5 gezeigte
zweite bevorzugte Ausführungsform
der ertindungsgemäßen magnetischen Trageinrichtung
dahingehend abgewandelt ist, dass ein zusätzliches, z. B aus Rollen bestehendes
Führungselement 21,
vorgesehen ist, das eine Position des Tragschlittens 4 in
negativer z-Richtung beschränkt,
also das Anheben der getragenen Last des Türflügels 5 über eine
bestimmte Höhe
hinaus verhindert. Das Führungselement 21 wirkt
gegen eine an der Unterseite von Seitenbereichen 10, 11 des Gehäuses 6,
d. h. dessen der Traglast 5 zugewandten Seite, vorgesehene
Lauffläche 30,
die hier beispielhaft durch einen Absatz 22 gebildet ist,
damit das aus Rollen gebildete zusätzliche Führungselement 21 von
der Seite nicht sichtbar ist. Damit kann zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Tragkraftverstellung
eine Fehlfunktion der erfindungsgemäßen Trageinrichtung bei einer
in Bezug auf die Auslegung der Tragkräfte zu leichten Last verhindert
werden.
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Die 8 zeigt
einen Querschnitt einer fünften
bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung, die in Bezug auf die in der 7 gezeigte
vierte bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen magnetischen Trageinrichtung
dahingehend abgewandelt ist, dass das zusätzliche aus Rollen bestehende
Führungselement 21 auch
eine Position des Tragschlittens 4 in positiver z-Richtung
beschränkt,
also das Absenken der getragenen Last 5 unter eine bestimmte
Höhe verhindert.
Das Führungselement 21 wirkt
dann insgesamt gegen zwei an den freien Enden der Seitenbereiche 10, 11 des
Gehäuses 6 vorgesehene
Laufflächen 31,
die hier beispielhaft durch jeweils eine in den Seitenbereichen 10,11 des
Gehäuses
vorgesehene Nut 23 gebildet sind. Damit kann zusätzlich zu der
erfindungsgemäßen Tragkraftverstellung
eine Fehlfunktion der erfindungsgemäßen Trageinrichtung bei einer
in Bezug auf die Auslegung der Tragkräfte zu leichten oder zu schweren
Last verhindert werden.
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Die 9 zeigt
einen Querschnitt einer sechsten bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung, die in Bezug auf die in der 6 gezeigte
dritte bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung dahingehend abgewandelt ist, dass die Tragschiene 2a und
die Magnetfeldleitschiene 25 durch eine U-förmige Tragschiene 13 und
eine Z-förmige
Tragschiene 24 ersetzt sind. Die U-förmige Tragschiene 13 legt
sich mit ihrem Grund an den Boden 16 des Gehäuses 6 an,
wobei ein Schenkel an einem Seitenbereich 8 anliegt und
ein Schenkel 32 frei in das Gehäuse 6 hineinragt und gleichzeitig
mit der Tragschiene 24 in Kontakt kommt (anliegt). Um den
bestimmten spaltförmigen
Abstand zu der Magnetreihe 1 einzuhalten, ist zusätzlich mit einem
in Tragrichtung (in z-Richtung) über
eine aus der Schraube 18 bestehenden Verstelleinrichtung
für die
Tragschiene 24 vorgesehen. Die verstellbare Tragschiene 24 weist
eine Stirnfläche 33 auf,
die in Querkraftrichtung (in y-Richtung) den bestimmten Abstand
zu der Magnetreihe einhält.
Damit ist der Endbereich dieses Seitenbereiches in Tragrichtung verstellbar,
wodurch die Tragkraft verstellt werden kann. Ferner ist auch in
dieser Ausführung
mindestens ein Führungselement 21 vorgesehen,
welches in dem Ausführungsbeispiel
gegen den Seitenbereich 12 des Gehäuses 6 wirkt.
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Die 10 zeigt
einen Querschnitt einer siebten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung, die in Bezug auf die in der 9 gezeigte
sechste bevorzugte Ausführungs form
der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung dahingehend abgewandelt ist, dass ein in Querkraftrichtung
symmetrischer Aufbau erreicht ist. Hierzu sind, ähnlich wie bei der in der 5 gezeigten
zweiten bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen magnetischen Trageinrichtung,
zwei Magnetreihen 1e, 1f vorgesehen, zwischen
denen die Magnetspulen 17 eines Linearmotors angeordnet
sind, wobei beide Endbereiche der U-förmigen Tragschiene 14 gemäß der in
der 9 gezeigten sechsten bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung verstellbar sind.
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Bei
allen bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung können
mehrere der gezeigten und beschriebenen miteinander in Wechselwirkung
stehenden Anordnungen aus Magnetreihe(n) und Tragelement, d. h.
Tragschiene(n), parallel angeordnet sein. Weiter sind auch andere
Anordnungen und Ausgestaltungen denkbar, z. B. eine Tragschiene
als Tragelement, an deren beiden Seitenbereichen zwei Magnetreihen
angeordnet sind, also jeweils eine Magnetreihe neben jedem Seitenbereich.
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- 1
- Magnetreihe
- 1a
- Magnet
- 1b
- Magnet
- 1c
- Magnet
- 1d
- Magnet
- 1e
- Magnet
- 1f
- Magnet
- 2
- Tragelement
- 2a
- Tragschiene
- 2b
- Tragschiene
- 2c
- Tragschiene
- 2d
- Tragschiene
- 3
- Führungselement
- 4
- Tragschlitten
- 5
- Türflügel
- 6
- Gehäuse
- 6a,
6b
- Vorsprünge
- 7
- Seitenbereich
- 8
- Seitenbereich
- 9
- Seitenbereich
- 10
- Seitenbereich
- 11
- Seitenbereich
- 12
- Seitenbereich
- 13
- Tragschiene
- 14
- Tragschiene
- 15
- Einfräsung
- 16
- Boden
- 17
- Magnetspulen
- 18
- Schrauben
- 19
- Nut
- 20
- Rollen
- 21
- Führungselement
- 22
- Absatz
- 23
- Nut
- 24
- Tragschiene
- 25
- Magnetfeldleitschiene
- 26
- freier
Schenkel
- 27
- freier
Schenkel
- 28
- Endbereiche
- 29
- Einkerbung
- 30
- Lauffläche
- 31
- Lauffläche
- 32
- Schenkel
- 33
- Stirnfläche
- F(Z)
- Tragkraft
- Fg
- Gewichtskraft
- F(y)
- Querkraft
- z-Achse
- vertikale
Mittelachse
- y-Achse
- Querrichtung
- x-Achse
- Bewegungsrichtung