DE102004050323A1

DE102004050323A1 - Schiebetür mit rollengelagerter Trageinrichtung

Info

Publication number: DE102004050323A1
Application number: DE200410050323
Authority: DE
Inventors: Sven Busch
Original assignee: Dorma Deutschland GmbH
Current assignee: Dorma Deutschland GmbH
Priority date: 2004-10-17
Filing date: 2004-10-17
Publication date: 2006-04-20
Also published as: EP1647656A3; EP1647656A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schiebetür mit einer rollengelagerten Trageinrichtung, bei der eine dauermagnetische Tragrollenentlastung vorgesehen ist, die vorzugsweise eine permanent erregte magnetische Trageinrichtung mit mindestens einer Magnetreihe umfasst. Bei der magnetischen Trageinrichtung sind mindestens ein in anziehender Kraftwirkung mit mindestens einer der mindestens einen Magnetreihe stehendes weich- oder hartmagnetisches Tragelement und ein Führungselement vorgesehen, das einen Abstand zwischen der mindestens einen Magnetreihe und dem Tragelement gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft eine rollengelagerte Schiebetür nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, insbesondere für eine automatisch betriebene Tür.
Rollengelagerte Trageinrichtungen, insbesondere für eine Schiebetür, die als manuell oder automatisch betriebene Tür ausgestaltet sein kann, sind hinlänglich und in vielen Ausgestaltungen bekannt.

Weiter ist aus der DE 40 16 948 A1 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.

Aus der WO 00/50719 A1 ist ein kombiniertes Lager- und Antriebssystem für eine automatisch betriebene Tür bekannt, bei der ein permanent erregtes 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.

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 orts feste als auch mindestens eine ortsveränderbare Magnetreihe vorhanden sein muss, d. h. 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 gegenüber rollengelagerten Trageinrichtungen aufgrund des Wegfalles 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.

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.

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 angeordnet ist, wobei die Anziehungskraft ausreicht, um das Gewicht der Türfüllung anzuheben.

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.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine rollengelagerte Schiebetür so weiterzuentwickeln, dass die zuvor genannten Vorteile einer extremen Leichtgängigkeit und geräuschlosen Arbeitsweise erreicht werden.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patentanspruches 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.

Eine erfindungsgemäße Schiebetür mit einer rollengelagerten Trageinrichtung zum Tragen wenigstens eines Türflügels umfasst eine dauermagnetische Tragrollenentlastung. Durch diese Ausgestaltung wird im Gegensatz zur magnetischen Trag- und Führungsfunktion, wobei ein Schwebezustand z. B. eines getragenen Türflügels auf dem Magnetkraftfeld erreicht wird, nur die Hauptlast von den Tragrollen genommen. Hierdurch werden gegenüber einer reinen Rollenlagerung die folgenden Vorteile erreicht: Größere Lebensdauer der Rollen, Reduzierung der Rollengröße und damit eine Bauraumreduktion bezüglich der Rollenlagerung, und eine Reduzierung der Rollengeräusche, Reduzierung des Rollwiderstandes bzw. der Rollreibung. Gegenüber dem rein magnetischen Trag- und Führungssystem ergeben sich bei der erfindungsgemäßen rollengelagerten Trageinrichtung mit einer dauermagnetischen Tragrollenentlastung die Vorteile, dass die Tragkraftkennlinien-Steifigkeit bei der Auslegung des Systemes nicht berücksichtigt werden braucht, beim Beschleunigen und Abbremsen keine Wankbewegungen der getragenen Last, z. B. des Tür flügels, entstehen, und dass unterschiedlichen Auslenkungen bei unterschiedliche Türflügelgewichten nicht zwingend berücksichtigt bzw, kompensiert werden müssen, obwohl für eine optimale Rollenentlastung vorzugsweise eine Einstellbarkeit der magnetischen Entlastungskraft vorgesehen ist.

Bei der ertindungsgemäßen rollengelagerten Trageinrichtung besteht die permanent erregte magnetische Trageinrichtung vorzugsweise aus mindestens einer Magnetreihe, die mindestens ein in anziehender Kraftwirkung mit mindestens einer der mindestens einen Magnetreihe stehendes weich- oder hartmagnetisches Tragelement umfasst.

Weiter vorzugsweise weist die permanent erregte magnetische Trageinrichtung vorzugsweise ein Führungselement auf, das einen bestimmten spaltförmigen Abstand zwischen der mindestens einen Magnetreihe und dem Tragelement gewährleistet. Das Führungselement kann allein aus der/den Lagerrollen der rollengelagerten Trageinrichtung bestehen.

Diese vorzugsweise Ausgestaltung 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 gewährleistet, 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.

Der Begriff der mindestens eine Magnetreihe umfasst eine Anordnung einzelner Dauermagnete und auch längliche Einzelmagneten. Die Magnetreihe kann ortsfest oder ortsveränderlich angeordnet sein.

Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist jedes Tragelement vorzugsweise eine U-förmige Tragschiene mit einem Bodenbereich und zwei Seitenbereichen auf, wobei der Bodenbereich die beiden Seitenbereiche verbindet und eine Magnetreihe der mindestens einen Magnetreihe wenigstens teilweise so innerhalb der U-förmigen Tragschiene geführt wird, dass wenigstens Teile einer Innenfläche des einen Seitenbereiches oder eine Stirnfläche eines abgeknickten, parallel zu dem Bodenbereich verlaufenden Endbereiches des einen Seitenbereiches mit dem bestimmten Abstand zu einer ersten Seite der Magnetreihe angeordnet ist.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens Teile einer Innenfläche des anderen Seitenbereiches oder eine Stirnfläche eines abgeknickten, parallel zu dem Bodenbereich verlaufenden Endbereiches des anderen Seitenbereiches 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 mindestens einen Magnetreihe angeordnet.

Hierdurch wirken die zwischen den Polflächen der Magnetreihe(n) und den diesen gegenüberliegenden Seiten der Tragschiene(n) entstehenden Querkräfte einander entgegen und heben sich bei günstiger Auslegung nahezu auf. Das führt dazu, dass nach diesen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung eine besonders einfache und unkomplizierte Auslegung des Führungselementes ermöglicht wird, da dieses zum Gewährleisten des Abstandes zwischen der Magnetreihe und dem Tragelement nahezu keine Querkräfte aufnehmen muss.

Es ergibt sich außerdem aufgrund der U-förmigen Ausgestaltung der Tragschiene ein sehr guter Magnetfeld-Schluss, wodurch zum Erreichen einer bestimmten Tragleistung weniger starke Magnete oder eine geringere Anzahl von Magneten eingesetzt werden muss, als ohne eine U-förmige Ausgestaltung, beispielsweise unter Verwendung lediglich der Seitenbereiche. Weiter ist eine höhere mechanische Steifigkeit der Tragschiene selbst vorhanden, wodurch ein die Tragschiene aufnehmendes Gehäuse einfacher ausgestaltet sein kann oder sogar ganz entfallen kann. Durch die Reduzierung der Teilezahl ist die Herstellung und Montage kostengünstiger realisierbar.

In einer zweiten bevorzugten 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.

In einer Weiterbildung dieser zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist vorzugsweise eine Innenfläche des anderen Seitenbereiches oder ein abgeknickter, parallel zu dem Bodenbereich verlaufender Endbereich des anderen Seitenbereiches mit dem gleichen 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.

Durch diese oder eine andere geeignete Möglichkeit, das Tragelement oder Teile des Tragelementes in einer Richtung senkrecht zu dem bestimmten Abstand so verstellbar zu gestalten, dass der bestimmte Abstand zwischen der mindestens einen Magnetreihe und dem Tragelement bei deren Verstellung konstant bleibt, kann eine einfache Tragkraftverstellung realisiert werden. Durch die Möglichkeit der Tragkraftverstellung kann die erfindungsgemäße Trageinrichtung leicht 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.

Vorzugsweise wird der Abstand zwischen Magnetreihe und Tragelement so klein wie möglich gehalten.

Das Führungselement umfasst nach der Erfindung vorzugsweise Rollen, Wälz- und/oder Gleitkörper.

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.

Erfindungsgemäß besteht die mindestens eine Magnetreihe vorzugsweise aus einzelnen Dauermagneten, da so durch die Aneinanderreihung einzelner 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.

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, so 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.

Nach der Erfindung ist das Tragelement vorzugsweise ortsfest und die mindestens eine Magnetreihe ortsveränderlich angeordnet, d. h. im Fall einer Schiebetür ist diese an der Magnetreihe aufgehängt, 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.

Das Tragelement ist nach der Erfindung vorzugsweise weichmagnetisch, wodurch besonders niedrige Kosten hinsichtlich dieses Elementes erreicht werden.

Nach der Erfindung besteht die mindestens eine Magnetreihe vorzugsweise aus einem oder mehreren Hochleistungsmagneten, vorzugsweise Seltenerden-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.

Alle Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Trageinrichtung können in einfacher Weise mit einem elektromagnetischen Linearantrieb oder mit einem elektro-mechanischen Linearantrieb ausgestaltet, kombiniert oder integriert werden, der auch innerhalb der U-förmigen Tragschiene angeordnet sein kann.

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.

Die Erfindung wird nun anhand von schematisch Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Dabei zeigen:
1: Einen Querschnitt einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäß eingesetzten magnetischen Trageinrichtung in verschiedenen Belastungszuständen,
2 die Tragkraftkennlinie der magnetischen Trageinrichtung nach der in 1 gezeigten ersten bevorzugten Ausgestaltung,
3 den Querkraftverlauf der magnetischen Trageinrichtung nach der in 1 gezeigten ersten bevorzugten Ausgestaltung,
4 eine Schnittdarstellung einer Draufsicht der magnetischen Trageinrichtung nach der in 1 gezeigten ersten bevorzugten Ausgestaltung,
5 Querschnitte verschiedener Ausgestaltungen einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen rollengelagerten Trageinrichtung und
6 einen Querschnitt einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen rollengelagerten Trageinrichtung.
Die 1 zeigt einen Querschnitt einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäß in einer Schiebetür eingesetzten magnetischen Trageinrichtung. Durch die nachfolgend in Zusammenhang mit den 1 bis 4 prinzipiell beschriebene magnetische Trageinrichtung wird die erfindungsgemäße rollengelagerte Trageinrichtung entlastet, wobei die Entlastung des Rollenlagers soweit erfolgen kann, dass dieses (nahezu) keine Tragkraft mehr aufbringen muss. Zur Erläuterung ist ein Koordinatensystem eingezeichnet, bei dem die senkrecht zur Papierebene verlaufende 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 Türflügels 5 bedingte vertikale Magnetauslenkung nach unten ist in z-Richtung eingezeichnet.
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 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.
Bei Belastung der Magnete 1a, 1b, 1c, 1d mit einer Gewichtskraft F_g, z. B. durch einen 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 F_g 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.
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 F_g erreicht werden kann.
In der Praxis kann ein solches Abreißen der Tragkraft F(z) durch die Gewichtskraft F_g 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.
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 F_g und der betragsgleichen, in entgegengesetzte Richtung wirkende magnetische Tragkraft F(z) einstellen kann.
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.
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 Koordinatensystemes, der zur Mittellage der Magnetreihe 1 zwischen den Tragschienen 2a, 2b korrespondiert, ein instabiles Kräftegleichgewicht vorliegt. In allen anderen Punkten des Koordinatensystemes herrscht eine resultierende Querkraft F(y).
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.
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.
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.
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 F_g 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.
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 Nd-Fe-B, 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.
Die 5 zeigt Querschnitte von drei Ausgestaltungen einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen rollengelagerten Trageinrichtung, bei denen eine oder zwei ortsveränderbare Magnetreihen 1, 1e, 1f an einem Tragschlitten 4 befestigt sind und eine starre ortsfeste Tragschiene 2k, 2l in einem Gehäuse 6i, 6j, 6k angeordnet ist, in dem ebenfalls Magnetspulen 17 eines Linearantriebes angeordnet sind.
In der in 5a) gezeigten Ausgestaltung weist das wie bei der zuvor beschriebenen ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen magnetischen Trageinrichtung prinzipiell U-förmige Gehäuse 6 im Gegensatz dazu nicht lediglich einen Boden 16 und zwei senkrecht auf diesem stehende Seitenbereiche 7 auf, wobei die Tragschienen 2a, 2b in den zwischen Boden 16 und einem jeweiligen Seitenbereich 7 gebildeten Kanten angeordnet sind, sondern weist gegenüber der zuvor beschriebenen Ausgestaltung verstärkte Seitenbereiche 8, 9 auf, die an der jeweiligen Kante mit dem Bodenbereich eine Einfräsung 15 oder Einkerbung aufweisen, die eine U-förmige Tragschiene 2k aufnehmen kann, wobei der Boden der Tragschiene 2k an dem Boden 16 des Gehäuses 6 anliegt und an einem der prinzipiell senkrecht zu dem Bodenbereich in Tragrichtung, also positiver z-Richtung, verlaufenden Seitenbereiche die mit jeweils einem Kern 12 versehenen Magnetspulen 17 des Linearantriebes so angeordnet sind, dass der jeweilige Kern 12 senkrecht auf dem sich über den Umfang der Spule 17 ausdehnenden Seitenbereich steht, also parallel zu dem Boden der Tragschiene 2k verläuft. Der andere Seitenbereich (in der Zeichnung der linke Teil) ist kürzer und auf Höhe der Kerne 12 der Spule 17 zu diesen hin abgeknickt ausgestaltet, wobei zwischen dem abgeknickten Ende des anderen Seitenbereiches und den Kernen 12 der Spulen 17 die an dem hier prinzipiell L-förmigen Tragschlitten 4 befestigte ortsveränderbare Magnetreihe 1 angeordnet ist. Ein Pol der ortsveränderbaren Magnetreihe 1 zeigt dabei zu dem abgeknickten Ende des anderen Seitenbereiches der Tragschiene 2k und der andere Pol der ortsveränderbaren Magnetreihe 2k zeigt zu den Kernen 12 der Spulen 17 des Linearantriebes.
Die an dem Tragschlitten 4 befestigte Magnetreihe 1 wird durch als Führungselement 3 vorgesehene Rollen 3, die oberhalb der Magnetreihe 1, d. h. zwischen der Magnetreihe 1 und dem Boden der Tragschiene 2k an dem Tragschlitten 4 befestigt sind und gegen den prinzipiell senkrecht auf dem Boden der Tragschiene 2k stehenden anderen Seitenbereich der Tragschiene 2k wirken, in horizontaler Richtung mit bestimmtem Abstand zu dem abgeknickten Ende des anderen Seitenbereiches der Tragschiene 2k innerhalb der U-förmigen Tragschiene 2k, die das Tragelement bildet, zwangsgeführt, während sie in Fahrtrichtung des Türflügels 5 frei verschiebbar ist. Durch die so erzwungene Symmetrie zwischen der Magnetreihe 1 und dem abgeknickten Ende des anderen Seitenbereiches der Uförmigen Tragschiene 2k und den Kernen 12 der Spulen 17 des Linearantriebes heben sich die an den Magneten der Magnetreihe 1 angreifenden Querkräfte entsprechend der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weitgehend auf.
Die Trageigenschaften der als dauermagnetische Tragrollenentlastung dienenden permanent erregten magnetischen Trageinrichtung in vertikaler Richtung entsprechen prinzipiell denen der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In der in 5a) gezeigten Ausgestaltung ist an dem im Querschnitt prinzipiell L-förmigen Tragschlitten 4 ein aus Tragrollen 11 bestehendes Tragelement vorgesehen, das eine Position des Tragschlittens 4 in positiver und negativer z-Richtung beschränkt, also das Anheben und Absenken der getragenen Last 5 verhindert. Diese Rollenlagerung der erfindungsgemäßen Trageinrichtung ist unterhalb der Magnetreihe 1, also zwischen der Magnetreihe 1 und der getragenen Last 5 an dem senkrecht stehenden längeren Schenkel des Tragschlittens 4 befestigt, an dessen waagrechtem Schenkel die Traglast 5 befestigt ist. Das Führungselement 11 greift in eine Nut 15 des prinzipiell U-förmigen Gehäuses 6 ein, die sich unterhalb der zur Aufnahme des anderen Seitenbereiches der U-förmigen Tragschiene 2k befindet.
Die 5b) zeigt einen Querschnitt einer zweiten Ausgestaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen rollengelagerten Trageinrichtung, die in Bezug auf die in der 5a) gezeigte erste Ausgestaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen rollengelagerten Trageinrichtung dahingehend abgewandelt ist, dass die Rollenlagerung symmetrisch ausgestaltet ist, also das aus Rollen bestehende Führungselement 11 der in 5a) gezeigten ersten Ausgestaltung durch zwei aus Rollen bestehende Tragelemente 11a, 11b ersetzt wurde, welche jeweils in Nuten 20 der beiden Seitenbereiche des U-förmigen Gehäuses 6 eingreifen. Ein weiterer Unterschied der zweiten Ausgestaltung besteht darin, dass das horizontale Führungselement 3, welches den bestimmten Abstand der Magnetreihe 1 zu dem abgeknickten Ende des anderen Seitenbereiches der Tragschiene 2k sichert, nun unterhalb der Magnetreihe 1 angeordnet ist, also zwischen der Magnetreihe 1 und einer (nicht gezeigten) getragenen Last 5 und somit nicht mehr gegen den anderen Seitenbereich der U-förmigen Tragschiene 2k, sondern gegen den entsprechenden Seitenbereich 8 des U-förmigen Gehäuses 6 läuft.
Die 5c) zeigt einen Querschnitt einer dritten Ausgestaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen rollengelagerten Trageinrichtung, die in Bezug auf die in der 5b) gezeigte zweite Ausgestaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen rollengelagerten Trageinrichtung dahingehend abgewandelt ist, dass nicht nur lediglich die Rollenlagerung, sondern auch die dauermagnetische Tragrollenentlastung, also die permanent erregte magnetische Trageinrichtung symmetrisch ausgelegt ist. Hierfür ist eine U-förmige Tragschiene 2l vorgesehen, bei der beide Seitenbereiche entsprechend des anderen Seitenbereiches der Tragschiene 2k der ersten und zweiten Ausgestaltungen der ersten bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen dauermagnetischen Trageinrichtung zu den Kernen 12 der Spulen 17 des Linearantriebes abgeknickt sind, welcher innerhalb des U-förmigen Gehäuses 6k angeordnet ist, das entsprechende Einfräsungen 15 zur Aufnahme der Tragschiene 2l aufweist. Zwischen den abgeknickten Enden der beiden Seitenbereiche der U-förmigen Tragschiene 2l und den Enden der Kerne 12 der Spulen 17 des Linearantriebes ist jeweils eine Magnetreihe 1e, 1f der dauermagnetischen Tragrollenentlastung entsprechend der in der zweiten Ausgestaltung gezeigten Art und Weise angeordnet. Ein jeweiliges aus Rollen bestehendes Führungselement 3 ist unterhalb der jeweiligen Magnetreihe 1e, 1f, d. h. zwischen der jeweiligen Magnetreihe 1e, 1f und einer (nicht gezeigten) getragenen Last 5 angeordnet und wirkt jeweils gegen einen jeweiligen Seitenbereich 8,9 des U-förmigen Gehäuses 6, um die jeweilige Magnetreihe 1e, 1f in horizontaler Richtung mit bestimmtem Abstand zu den abgeknickten Seitenbereichen der Tragschiene 2l zwangszuführen.
Die 6 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen rollengelagerten Trageinrichtung, die in Bezug auf die in der 5c) gezeigte dritte Ausgestaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen rollengelagerten Trageinrichtung dahingehend abgewandelt ist, dass die Seitenbereiche der U-förmigen Tragschiene 2f über eine hier aus Schrauben 18 bestehende an dem Gehäuse 6 angreifende Verstelleinrichtung in Tragrichtung (in z-Richtung) verstellbar angeordnet sind. Hierfür weisen die Seitenbereiche des Ge häuses 6 Einfräsungen oder Einkerbungen auf, die nicht einfach rechteckig sind, sondern zusätzlich jeweils eine Nut 19 ausbilden, in denen die nach außen versetzten Endbereiche der Seitenbereiche der Tragschiene 2f jeweils eingreifen können. Weiter sind zusätzliche Aufnahmen für die aus Schrauben 18 bestehende Verstelleinrichtung vorgesehen, durch die aufgrund der Verstellbarkeit der Seitenbereiche in Tragrichtung die von der dauermagnetischen Tragrollenentlastung aufgebrachte Tragkraft verstellt werden kann.

1, 1e, 1f: Magnetreihe
1a, 1b, 1c, 1d: Magnet
2: Tragelement
2a, 2b, 2k, 2l, 2f: Tragschiene
3: Führungselement
4: Tragschlitten
5: Türflügel
6: Gehäuse
7: Seitenbereich
8: Seitenbereich
9: Seitenbereich
11, 11a, 11b: Tragrolle
12: Spulenkern
15: Einfräsung
16: Boden
17: Magnetspulen
18: Schrauben
19: Nut
20: Nut

Claims

Schiebetür mit einer rollengelagerten Trageinrichtung für wenigstens einen Türflügel (5), gekennzeichnet durch eine dauermagnetische Tragrollenentlastung.
Schiebetür nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dauermagnetische Tragrollenentlastung aus einer permanent erregten magnetischen Trageinrichtung mit mindestens einer Magnetreihe (1, 1e, 1f) besteht, die mindestens ein in anziehender Kraftwirkung mit mindestens einer der mindestens einen Magnetreihe (1, 1e, 1f) stehendes weich- oder hartmagnetisches Tragelement (2a, 2b, 2k, 2l, 2f) umfasst.
Schiebetür nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die permanent erregte magnetische Trageinrichtung ein Führungselement (3) umfasst, das einen bestimmten spaltförmigen Abstand zwischen der mindestens einen Magnetreihe (1, 1e, 1f) und dem Tragelement (2a, 2b, 2k, 2l, 2f) gewährleistet.
Schiebetür nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Tragelement eine U-förmige Tragschiene (2k, 2l) mit einem Bodenbereich und zwei Seitenbereichen aufweist, wobei der Bodenbereich die beiden Seitenbereiche verbindet und eine Magnetreihe (1, 1e, 1f) der mindestens einen Magnetreihe wenigstens teilweise so innerhalb der U-förmigen Tragschiene geführt wird, dass wenigstens Teile einer Innenfläche des einen Seitenbereiches oder eine Stirnfläche eines abgeknickten, parallel zu dem Bodenbereich verlaufenden Endbereichs des einen Seitenbereiches mit dem bestimmten Abstand zu einer ersten Seite der Magnetreihe (1, 1e, 1f) angeordnet ist.
Schiebetür nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens Teile einer Innenfläche des anderen Seitenbereiches oder eine Stirnfläche eines abgeknickten, parallel zu dem Bodenbereich verlaufenden Endbereichs des anderen Seitenbereiches mit dem gleichen oder einem anderen bestimmten spaltförmigen Abstand zu einer der ersten Seite der Magnetreihe (1, 1e, 1f) gegenüberliegenden zweiten Seite der Magnetreihe (1, 1e, 1f) oder einer weiteren Magnetreihe der mindestens einen Magnetreihe angeordnet sind.
Schiebetür nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Tragelement eine U-förmige Tragschiene (2f) mit einem Bodenbereich und zwei Seitenbereichen aufweist, wobei der die beiden Seitenbereiche verbindende Bodenbereich fest und wenigstens einer der beiden Seitenbereiche verstellbar angeordnet sind, und eine Magnetreihe (1, 1e, 1f) 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 (1) angeordnet ist.
Schiebetür nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenfläche des anderen Seitenbereiches oder ein abgeknickter, parallel zu dem Bodenbereich verlaufender Endbereich des anderen Seitenbereiches mit dem gleichen oder einem anderen bestimmten spaltförmigen Abstand zu einer der ersten Seite der Magnetreihe (1, 1e, 1f) gegenüberliegend angeordneten zweiten Seite der Magnetrei he (1, 1e, 1f) oder einer weiteren Magnetreihe der wenigstens einen Magnetreihe verstellbar angeordnet ist.
Schiebetür nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (3) Rollen, Wälz- und/oder Gleitkörper umfasst.
Schiebetür nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Magnetreihe (1, 1e, 1f) quer zur Tragrichtung (z) magnetisiert ist.
Schiebetür nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Magnetreihe (1, 1e; 1f) aus einzelnen Dauermagneten (1a, 1b, 1c, 1d) besteht.
Schiebetür nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magnetisierung der mindestens einen Magnetreihe (1, 1e, 1f) in einer Längsrichtung (x) der mindestens einen Magnetreihe (1, 1e, 1f) in bestimmten Abständen das Vorzeichen wechselt.
Schiebetür nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (2a, 2b, 2k, 2l, 2f) ortsfest und die mindestens eine Magnetreihe (1, 1e, 1f) ortsveränderlich angeordnet sind.
Schiebetür nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (2a, 2b, 2k, 2l, 2f) weichmagnetisch ist.
Schiebetür nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Magnetreihe (1, 1e, 1f) aus einem oder mehreren Hochleistungsmagneten, vorzugsweise Seltenerden-Hochleistungsmagneten, weiter vorzugsweise vom Typ NeFeB oder Sm₂Co besteht.
Schiebetür nach einem der Ansprüche 2 bis 14, gekennzeichnet durch einen elektromagnetischen Linearantrieb.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebetür als Bogenschiebetür oder Horizontal-Schiebewand ausgebildet ist.