DE102004050327B3

DE102004050327B3 - Teleskopschiebetür mit einem Linearmotor-Antrieb

Info

Publication number: DE102004050327B3
Application number: DE200410050327
Authority: DE
Inventors: Sven Busch
Original assignee: Dorma Deutschland GmbH
Current assignee: Dormakaba Deutschland GmbH
Priority date: 2004-10-17
Filing date: 2004-10-17
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2024-10-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Teleskoptür mit einem magnetischen Antriebssystem für mindestens einen aus mindestens zwei Türflügelelementen bestehenden Türflügel, mit einer Linear-Antriebseinheit, die mindestens eine aus mehreren Einzelspulen bestehende Spulenanordnung und für jedes Türflügelelement mindestens eine in Antriebsrichtung in bestimmten Abständen unterbrochene Reihe von weich- oder hartmagnetischen Elementen aufweist, wobei die Spulenanordnung bei entsprechender Ansteuerung der Einzelspulen eine Wechselwirkung mit der mindestens einen Reihe von weichmagnetischen Elementen bewirkt, die Vorschubkräfte hervorruft. Nach der Erfindung weisen Abstände der reihenförmig angeordneten weich- oder hartmagnetischen Elemente unterschiedlicher Türflügelelemente einen unterschiedlichen Abstand der einzelnen weich- oder hartmagnetischen Elemente zueinander auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Teleskopschiebetür mit einem magnetischen Antriebssystem für mindestens einen Türflügel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

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 einer Schiebeführung gehaltenen Türflügels oder dergleichen bewirken, wobei neben den stationär angeordneten Magneten der Schiebeführung ein Ständer eines Linearmotors angeordnet ist, dessen Läufer an der Schiebetür angeordnet ist.

Durch die gewählte V-förmige Anordnung der Permanentmagnete der offenbarten permanent erregten magnetischen Trageinrichtung kann keine seitlich stabile Führungsbahn realisiert werden, weswegen eine relativ komplizierte Anordnung und Ausgestaltung von Ständer und Läufer erforderlich ist. Diese Anordnung verteuert eine solche Teleskopschiebetür enorm.

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 Gleichge wicht befindet, und bei dem das Tragsystem symmetrisch angeordnete seitliche Führungselemente aufweist, die rollenförmig gelagert sein können. Aufgrund der hierdurch erreichten seitlich stabilen Führungsbahn ergibt sich eine einfache Ausgestaltung und Anordnung von Ständer und Läufer eines in einem gemeinsamen Gehäuse untergebrachten Linearmotors, nämlich die Möglichkeit, Ständer und Läufer des Linearmotors in Bezug auf das Tragsystem beliebig anordnen zu können und hinsichtlich der Formgebung von Ständer und Läufer nicht durch das Tragsystem beschränkt zu sein.

Diesen beiden Lagersystemen gemeinsam ist, dass sie nach dem Prinzip der abstoßenden Kraftwirkung arbeiten, welches Wirkprinzip einen stabilen Schwebezustand ohne aufwendige elektrische Regeleinrichtung ermöglicht. Nachteilig hieran ist jedoch, dass sowohl mindestens eine ortsfeste als auch mindestens eine ortsveränderbare Magnetreihe vorhanden sein müssen, 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 sich 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, insbesondere, wenn Teleskopschiebetüren realisiert werden sollen, da hier bei den dargestellten Systemen eine komplizierte Ansteuerung erforderlich ist.

Weiter zeigt die WO 94/13055 A1 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 ei ner Führungsplatte erreicht wird, die an der Unterseite des Türsturzes angeordnet ist, wobei die Anziehungskraft ausreicht, um das Gewicht der Türfüllung anzuheben.

Auch bei den hier beschriebenen Systemen wird die Herstellung von Teleskopschiebetüren sehr teuer, da auch bei diesen dargestellten Systemen eine komplizierte Ansteuerung erforderlich ist.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein magnetisches Antriebssystem für eine Teleskopschiebetür mit einer Linear-Antriebseinheit mit mindestens einer Magnetreihe so weiterzuentwickeln, dass die zuvor genannten Vorteile bei geringen Herstellungskosten bestehen bleiben.

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

Eine Teleskopschiebetür, mit einem magnetischen Antriebssystem nach der Erfindung, weist eine Linear-Antriebseinheit auf, die mindestens eine aus mehreren Einzelspulen bestehende Spulenanordnung und für jedes Türflügelelement mindestens eine in Antriebsrichtung in bestimmten Abständen unterbrochene Reihe von weich- oder hartmagnetischen Elementen aufweist, wobei die Spulenanordnung bei entsprechender Ansteuerung der Einzelspulen eine Wechselwirkung mit der mindestens einen Reihe von weichmagnetischen Elementen bewirkt, die Vorschubkräfte hervorruft, wobei Abstände der reihenförmig angeordneten weich- oder hartmagnetischen Elemente unterschiedlicher Türflügelelemente einen unterschiedlichen Abstand der einzelnen weich- oder hartmagnetischen Elemente zueinander aufweisen. Durch eine solche Anordnung ist es möglich, dass die Antriebseinheiten über die gleichen Endstufen und elektrischen Phasen gesteuert werden, wodurch sich gegenüber dem Stand der Technik der Vorteil ergibt, dass kein hoher Materialeinsatz durch einen eigenen Antrieb und Steuerungskomponenten wie Wegaufnehmer und Endstufen für jedes Türelement erfolgen muss, wodurch das erfindungsgemäße Antriebssystem kostengünstiger und fehlerunanfälliger hergestellt werden kann.

Bei dem nach der Erfindung verwendeten magnetischen Antriebssystem bestimmt sich der Abstand der einzelnen weich- oder hartmagnetischen Elemente eines Türflügelelementes zueinander vorzugsweise anhand des von diesem Türflügelelement zum vollständigen Öffnen bzw. Schließen zurückzulegenden Weges und der Gesamtzahl der Türflügelelemente der Teleskoptür so, dass alle Türflügelelemente ihre jeweilige geöffnete oder geschlossene Endposition gleichzeitig erreichen. Durch diese mechanische Ausgestaltung wird eine besonders einfache elektrische und/oder elektronische Ausgestaltung des Ansteuersystemes erreicht, da diese nur wie für eine einflügelige Schiebetür ausgelegt zu werden braucht.

Bei dem nach der Erfindung verwendeten magnetischen Antriebssystem weist bei einer Teleskoptür mit zwei Türflügelelementen vorzugsweise ein erstes Türflügelelement einen doppelt so großen Abstand der einzelnen weich- oder hartmagnetischen Elemente zueinander auf, wie ein zweites Türflügelelement.

Bei dem nach der Erfindung verwendeten magnetischen Antriebssystem sind die Einzelspulen der Spulenanordnung vorzugsweise in einem konstanten Abstand angeordnet.

Bei dem nach der Erfindung verwendeten magnetischen Antriebssystem weisen vorzugsweise das erste Türflügelelement einen Abstand der ein zelnen weich- oder hartmagnetischen Elemente zueinander entsprechend 4/3 dem Abstand der Einzelspulen der Spulenanordnung zueinander und das zweite Türflügelelement einen Abstand der einzelnen weich- oder hartmagnetischen Elemente zueinander entsprechend 2/3 dem Abstand der Einzelspulen der Spulenanordnung zueinander auf.

Mit dem nach der Erfindung verwendeten magnetischen Antriebssystem ist vorzugsweise dieses mit einem magnetischen Tragsystem mit einer permanent erregten magnetischen Trageinrichtung kombiniert, die mindestens eine in Antriebsrichtung in bestimmten Abständen abwechselnd polarisierte, magnetisierte Magnetreihe, mindestens ein in anziehender Kraftwirkung mit mindestens einer der mindestens einen Magnetreihe stehendes weich- oder hartmagnetisches Tragelement und ein Führungselement aufweist, das einen bestimmten spaltförmigen Abstand zwischen der mindestens einen Magnetreihe und dem Tragelement gewährleistet. Diese Kombination weist gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik den Vorteil auf, dass das Tragelement aufgrund der ausgenutzten anziehenden Kraftwirkung nicht notwendigerweise hartmagnetisch sein muss. Da weiter ein Führungselement vorgesehen ist, welches einen Abstand zwischen der mindestens einen Magnetreihe und dem Tragelement gewährleistet, braucht trotz Ausnutzung eines instabilen Gleichgewichtszustandes keine elektrische oder elektronische Regeleinrichtung vorgesehen zu werden. Weiter werden durch die Nutzung der mindestens einen Magnetreihe sowohl zum Tragen als auch zum Vortrieb der einzelnen Flügel die Herstellungskosten gesenkt und der benötigte Bauraum verringert.

Bei dem erfindungsgemäß verwendeten kombinierten magnetischen Trag- und/oder Antriebssystem ist vorzugsweise die mindestens eine Magnetreihe quer zur Tragrichtung und zur Antriebsrichtung magnetisiert, in der ein von der Trageinrichtung getragenes Element, z. B. ein Schiebetürele ment, 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. Weiter ist auch eine einfache Ausführung der Linear-Antriebseinheit möglich, da diese ebenfalls unabhängig von der von der Trageinrichtung zu erzeugenden Kraft geplant und ausgeführt werden kann.

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 Einzelmagneten 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. Weiter kann die Magnetreihe auf diese Weise in besonders einfacher Weise in das erfindungsgemäße magnetische Antriebssystem integriert werden, d. h. als Reihe von hartmagnetischen Elementen dienen, mit denen die Einzelspulen bei entsprechender Ansteuerung eine Wechselwirkung bewirken, die Vorschubkräfte hervorruft. Weiter wird durch dieses Merkmal erreicht, dass das den spaltförmigen Abstand gewährleistende Führungselement auch bei Toleranzen des beidseitig wirkenden Tragelements 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 dem erfindungsgemäßen magnetischen Trag- und Antriebssystem ist vorzugsweise die mindestens eine Magnetreihe durch die mindestens eine in Antriebsrichtung in bestimmten Abständen unterbrochene Reihe von hartmagnetischen Elementen der Linear-Antriebseinheit gebildet. Hierdurch findet eine Integration des magnetischen Tragsystemes mit dem erfindungsgemäßen magnetischen Antriebsystem statt, wodurch eine Reduzierung des benötigten Bauraumes erfolgt.

Bei dem erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystem weist das Tragelement vorzugsweise mindestens eine Tragschiene auf, die mit einem ersten bestimmten Abstand zu einer Seite einer der mindestens einen Magnetreihe angeordnet ist, wobei die Spulenanordnung in einem zweiten bestimmten Abstand zu einer der ersten Seite der Magnetreihe gegenüber liegenden zweiten Seite der Magnetreihe angeordnet ist. Eine solche getrennte Zuordnung der beiden Hauptfunktionen "Vorschub erzeugen" und "magnetisch lagern" durch die sich gegenüberliegenden Polflächen der Magnete der Magnetreihe bewirkt trotz einer Integration dieser Funktionen in die eine Magnetreihe eine weitgehende Funktionstrennung, die eine Optimierung der Systemparameter dieser Hauptfunktionen zulässt. Weiter kann eine Kompensation von Querkräften erfolgen, indem die Tragprofile und/oder Spulenkerne oder Polschuhe der Einzelspulen der Spulenanordnung bzw. die Luftspalte so gestaltet werden, dass die an den Magneten der Magnetreihe angreifenden resultierenden magnetischen Querkräfte möglichst klein sind oder sich aufheben. Durch die Anordnung der Antriebsspulen der Spulenanordnung auf der einen Seite der mindestens einen Dauermagnetreihe und des vorzugsweise weichmagnetischen Tragelementes auf der anderen Seite der mindestens einen Dauermagnetreihe kann das Tragprofil weiter die Aufgaben des magnetischen Schlusses der Spulen-Magnetfelder sowie die Erzeugung von Tragkräften, die das Gewicht der Traglast, z. B. eines Türflügels, teilweise oder vollständig aufnehmen, übernehmen. Bei einer teilweisen Aufnahme des Gewichtes der Traglast durch das Tragelement kann die Restlast z. B. von den Spulenkernen oder Polschuhen der Einzelspulen der Spulenanordnung der Linear-Antriebseinheit oder von einer weiteren magnetischen der mechanischen Trageinrichtung getragen werden.

Hierfür kann das Tragelement auch vorzugsweise zwei Tragschienen aufweisen, von denen die eine mit einem bestimmten Abstand zu einer ersten Seite einer mindestens einen Magnetreihe angeordnet ist, und die andere mit dem gleichen bestimmten Abstand zu einer der ersten Seite der Mag netreihe gegenüberliegenden zweiten Seite der Magnetreihe oder einer weiteren Magnetreihe der mindestens einen Magnetreihe angeordnet ist.

Alternativ kann das Tragelement hierfür vorzugsweise eine U-förmige Tragschiene mit einem Bodenbereich und zwei Seitenbereichen aufweisen, wobei der Bodenbereich die beiden Seitenbereiche verbindet und wenigstens eine Magnetreihe der mindestens einen Magnetreihe wenigstens teilweise so innerhalb der U-förmigen Tragschiene geführt wird, dass wenigstens Teile einer Innenfläche des einen Seitenbereiches mit dem bestimmten Abstand zu einer ersten Seite der Magnetreihe angeordnet sind und wenigstens Teile einer Innenfläche 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 sind.

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

Nach der Erfindung sind das in der erfindungsgemäß verwendeten magnetischen Trageinrichtung verwendete mindestens eine Tragelement vorzugsweise ortsfest und die mindestens eine Magnetreihe ortsveränderlich angeordnet, d. h. im Fall einer Schiebetür ist diese an der mindestens einen Magnetreihe aufgehängt, wohingegen das mindestens eine Tragelement eine Führung für das Türelement oder die Türelemente einer mehrflügeligen Schiebetür bildet. Natürlich ist auch die Ausgestaltung des mindestens einen Tragelementes ortsveränderlich und der mindestens einen Magnetreihe ortsfest, wie auch eine Kombination dieser beiden Varianten möglich. Die Spulenanordnung der Linear-Antriebseinheit ist natürlich immer zusammen mit dem Tragelement der Trageinrichtung ortsfest bzw. ortsveränderlich angeordnet. Hierdurch entstehen bei einem geringen Bewegungsweg, wie er normalerweise bei dem Antrieb von Türflügeln vorliegt, keine übermäßig erhöhten Kosten, aber der Läufer und damit das gesamtbewegliche Element des erfindungsgemäßen Antriebssystemes oder kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes kann passiv ausgelegt werden.

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

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

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.

Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem oder kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystem ist ein Raster der Einzelspulen der Spulenanordnung vorzugsweise unterschiedlich zu den bestimmten Abstän den der abwechselnden Polarisierung der mindestens einen Magnetreihe. Hierdurch wird ein besonders einfaches Anfahren des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes aus dem Stillstand sowie die Möglichkeit einer besonders gleichförmigen Bewegung ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Antriebssystem oder kombinierte Trag- und Antriebssystem wird zum Antrieb mindestens eines Türflügels einer Teleskopschiebetür eingesetzt, die vorzugsweise als Bogenschiebetür oder Horizontal-Schiebewand ausgebildet ist. Es kann neben diesem Einsatz auch zum Antrieb von Torflügeln oder anderen ähnlichen Vorrichtungen eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nun anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen:
1: Einen Querschnitt einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäß bevorzugt verwendeten magnetischen Trageinrichtung in verschiedenen Belastungszuständen,
2: die Tragkraftkennlinie der magnetischen Trageinrichtung nach der in 1 gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsform,
3: den Querkraftverlauf der magnetischen Trageinrichtung nach der in 1 gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsform,
4: eine Schnittdarstellung einer Draufsicht der magnetischen Trageinrichtung nach der in 1 gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsform,
5: eine perspektivische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Teiles des erfindungsgemäßen kombinierten Trag- und Antriebssystemes mit drei quer zur Fahrtrichtung ausgerichteten Spulen und U-förmiger Blechhalterung sowie drei Kontaktierungs- und Befestigungsstiften ohne und mit U-förmigem Tragschienenelement,
6: eine Schnittdarstellung einer Draufsicht der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten Trag- und Antriebssystemes,
7: eine elektrische Verschaltung der Spulen der Linear-Antriebseinheit des in 6 gezeigten kombinierten Trag- und Antriebssystemes,
8: ein Diagramm zur Erläuterung einer ersten Möglichkeit des Spannungsverlaufes an den wie in 7 gezeigt verschalteten Spulen der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystemes,
9: ein Diagramm zur Erläuterung einer zweiten Möglichkeit des Spannungsverlaufes an den wie in 7 gezeigt verschalteten Spulen der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystemes,
10: ein Diagramm zur Erläuterung einer dritten Möglichkeit des Spannungsverlaufes an den wie in 7 gezeigt verschalteten Spulen der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystemes,
11: eine perspektivische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines Teils des erfindungsgemäßen kombinierten Trag- und Antriebssystemes mit drei in Fahrtrichtung ausgerichteten Spulen, die auf einen gemeinsamen Kern gewickelt sind, wobei der Kern und die gezeigten quadratischen Polschuhe ein kompaktes Drehteil sein können,
12: in Reihe angeordnete Spulen gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform mit fluchtenden Achsen, denen einseitig Magnete gegenüber stehen, oder an deren beiden Seiten Flussleitstücke angeordnet sind und
13: eine Schnittdarstellung einer Draufsicht der zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten Antriebssystemes.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäß bevorzugt verwendeten magnetischen Trageinrichtung 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.
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 der Gewichtskraft F_g, 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 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 Koordinatensystemes 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 Tragsystemes 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 ange ordneten 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 2a, 2b 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 im Folgenden gegebenen Beschreibung des magnetischen Antriebssystemes bezieht sich immer nur auf ein erstes Türflügelelement der Teleskoptür. Bei weiteren Türflügelelementen ist dann der Abstand der Magnete, also das Magnetraster R_M, entsprechend der Gesamtanzahl der Türflügelelemente anzupassen. Bei einer Teleskoptür mit zwei Türflügelelementen ist das Magnetraster z. B. bei dem zweiten Türflügelelement also gegenüber dem ersten Türflügelelement zu verdoppeln, wenn das zweite Türflügelelement gegenüber dem ersten Türflügelelement den doppelten Weg zurücklegen muss. Bei einer Teleskoptür mit drei Türflügelelementen ist das Magnetraster z. B. bei dem zweiten Türflügelelement also gegenüber dem ersten Türflügelelement zu verdoppeln, wenn das zweite Türflügelelement gegenüber dem ersten Türflügelelement den doppelten Weg zurücklegen muss und bei dem dritten Türflügelelement also gegenüber dem ersten Türflügelelement zu verdreifachen, wenn das dritte Türflügelelement gegenüber dem ersten Türflügelelement den dreifachen Weg zurücklegen muss.
Die 5 zeigt ein Antriebssegment einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssegmentes in einer perspektivischen Darstellung. Hier besteht ein als Statormodul oder Läufermodul zu verwendendes erfindungsgemäßes Spulenmodul aus drei quer zur Fahrtrichtung ausgerichteten Spulen 7 mit Spulenkernen 12, in einer U-förmigen Blechhalterung 21 angeordnet sind, aus der drei Kontaktierungs- und Befestigungsstifte 22 elektrisch isoliert herausragen. Über diese Kontaktierungs- und Befestigungsstifte 22 kann das Spulenmodul sowohl befestigt, als auch durch Bestromung der Einzelspulen angesteuert werden. Als gemeinsame Masse kann z. B. die U-förmige Blechhalterung dienen, in der die Spulen 7 z. B. mittels Widerstandspunktschweißen, Nieten oder Verstemmen befestigt sind. Dieses in 5a) gezeigte erfindungsgemäße Spulenmodul ist in 5b) in eine prinzipiell U-förmige Tragschiene 2d eingesetzt gezeigt, wobei die Kontaktierungs- und Befestigungsstifte 22 durch deren Bodenbereich 23 hervorstehen und zwischen den die Spulenkerne 12 haltenden Seitenwänden der U-förmigen Blechhalterung 21 und den Seitenwänden der U-förmigen Tragschiene 2d jeweils ein Luftspalt besteht, in dem jeweils eine Magnetreihe geführt werden kann, die mit der Tragschiene 2d und den Spulen 7 der Spulenanordnung in Wechselwirkung steht, um in dem Luftspalt gehalten und in Fahrtrichtung bewegt zu werden.
Die 6 zeigt zwei Antriebssegmente der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystemes, hier als kombiniertes magnetisches Trag- und Antriebssystem, in einer geschnittenen Auf sicht, bei der der erfindungsgemäß verwendete magnetische Linearantrieb auf die Magnetreihen 1e, 1f wirkt, die an einem nicht gezeigten Tragschlitten 4 befestigt sind. Die beiden Magnetreihen 1e, 1f weisen jeweils abwechselnd polarisierte Einzelmagnete auf, wobei die Polaritäten der in Querrichtung versetzt angeordneten Einzelmagnete der beiden Magnetreihen 1e, 1f gleichgerichtet sind. Zwischen den Magnetreihen 1e, 1f sind die Spulen 7 so angeordnet, dass sich der jeweilige Spulenkern 12 in Querrichtung, d. h. y-Richtung, erstreckt. Auf der den Spulen 7 mit Spulenkernen 12 abgewandten Seite der Magnetreihe 1 befindet sich jeweils ein Seitenbereich der Tragschiene 2d.
Um einen kontinuierlichen Vorschub der Magnetreihe 1 zu gewährleisten, sind die Stator-Spulen 7 mit ihren jeweiligen Spulenkernen 12 in unterschiedlichen relativen Positionen zum Raster der Dauermagnete angeordnet. Je mehr unterschiedliche Relativpositionen ausgebildet werden, umso gleichmäßiger lässt sich die Schubkraft über den Verfahrweg realisieren. Da andererseits jede Relativposition einer elektrischen Phase eines für den Linearantrieb benötigten Ansteuersystemes zuzuordnen ist, sollten möglichst wenig elektrische Phasen zum Einsatz kommen. Aufgrund des zur Verfügung stehenden dreiphasigen Drehstromnetzes ist ein dreiphasiges System, wie es beispielhaft in 6 gezeigt ist, sehr kostengünstig aufzubauen.
Hierbei besteht ein jeweiliges Antriebssegment und somit ein Spulenmodul der Linear-Antriebseinheit aus drei Spulen 7a, 7b, 7c, die eine Ausdehnung von drei Längeneinheiten in Antriebsrichtung, d. h. x-Richtung, aufweisen, wobei also zwischen den Mittelpunkten benachbarter Spulenkerne 12 ein Raster R_S = 1 Längeneinheit liegt. Die Länge eines Magneten der Magnetreihe 1 in Antriebsrichtung und die Länge der zwischen den Einzelmagneten der Magnetreihe 1 liegenden Lücke ist hier so gewählt, dass Länge eines Magneten L_Magnet + Länge einer Lücke L_Lücke = Magnetraster R_M = 3/4 Längeneinheit (= 3/4 R_S) ist.
7 zeigt die Verschaltung der Spulen der in 6 gezeigten beiden Antriebssegmente der erfindungsgemäß verwendeten Linear-Antriebseinheit. Hier ist eine erste Spule 7a mit einem ersten Spulenkern 12a zwischen eine erste Phase und eine zweite Phase eines aus drei Phasen bestehenden Drehstromsystemes angeschlossen, dessen drei Phasen gleichmäßig verteilt sind, also die zweite Phase bei 120° und eine dritte Phase bei 240° liegen, wenn die erste Phase bei 0° liegt. Die in positiver Antriebsrichtung, d. h. +x-Richtung, neben der ersten Spule 7a mit dem Spulenkern 12a liegende zweite Spule 7b mit Spulenkern 12b eines Antriebssegmentes der Linear-Antriebseinheit ist zwischen die zweite Phase und die dritte Phase geschaltet und die in positiver Antriebsrichtung, d. h. +x-Richtung neben der zweiten Spule 7b mit dem Spulenkern 12b liegende dritte Spule 7c mit Spulenkern 12c ist zwischen die dritte Phase und die erste Phase geschaltet.
Ordnet man dem durch die Dauermagnete gebildeten Polraster, analog zur Anordnung in einem zweipoligen Gleichstrommotor, Phasenwinkel zu, so lassen sich die linearen Spulenanordnungen in einem kreisförmigen Phasendiagramm abbilden. Da sich dieses sowohl magnetisch als Antriebswirkung auf die Dauermagnete als auch elektrisch als Ansteuerung der Spulen interpretieren lässt, kann durch dieses Diagramm der Zusammenhang zwischen Schaltzuständen und Antriebswirkung einheitlich beschrieben werden.
Ein solches kreisförmiges Phasendiagramm mit eingezeichneten Spulen ist in 8 gezeigt. Hier ist auf der Ordinate das elektrische Potential in V und auf der Abszisse das magnetische Potential angegeben. Ein Kreis um den Ursprung dieses Koordinatensystemes, der ein Nullpotential sowohl für das elektrische Potential als auch das magnetische Potential darstellt, repräsentiert die Phasenlagen der an den jeweiligen Spulen anliegenden Spannung, wobei eine 0°-Phasenlage bei dem Schnittpunkt des Kreises mit der positiven Ordinate gegeben ist und sich die Phase im Uhrzeigersinn zu einer 90°-Phasenlage in dem Schnittpunkt des Kreises mit der negativen Abszisse, der das magnetische Potential des Südpols darstellt, eine 180°-Phasenlage in dem Schnittpunkt des Kreises mit der negativen Ordinate, der das minimale Spannungspotential darstellt, einer 270°-Phasenlage in dem Schnittpunkt des Kreises mit der positiven Abszisse, der das magnetische Potential des Nordpols darstellt, bis zu einer 360°-Phasenlage, die gleich der 0°-Phasenlage ist, in dem Schnittpunkt des Kreises mit der positiven Ordinate, der das maximale Spannungspotential darstellt, ändert.
Wie in 7 gezeigt, ist eine Beziehung gegeben, bei der die erste Spule 7a mit Spulenkern 12a zwischen einer 0°-Phasenlage und einer 120°-Phasenlage, die zweite Spule 7b mit Spulenkern 12b zwischen einer 120°-Phasenlage und einer 240°-Phasenlage und die dritte Spule 7c mit Spulenkern 12c zwischen einer 240°-Phasenlage und einer 360°-Phasenlage liegen. Bei Drehstrombetrieb drehen sich nun die Zeiger dieser Spulen entsprechend der Wechselfrequenz des Drehstroms im Gegenuhrzeigersinn, wobei jeweils eine der elektrischen Potentialdifferenz zwischen den auf die Ordinate projizierten Anfangs- und Endpunkten des Zeigers entsprechende Spannung an den Spulen anliegt.
Bei der magnetischen Interpretation des Phasendiagramms entspricht ein Phasendurchlauf von 180° einer Verschiebung des Läufers um den Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier benachbarter Magnete, also dem Magnetraster R_M. Durch die abwechselnde Polarisierung der Mag nete im Läufer wird bei einer Verschiebung um das Magnetraster R_M ein Polwechsel ausgeführt. Nach einem 360°-Phasendurchlauf beträgt die Läuferverschiebung zwei R_M. Hierbei befinden sich die Magnete relativ zum Raster R_S der Stator-Spulen wieder in Ausgangsposition, vergleichbar mit einer 360°-Umdrehung des Rotors eines zweipoligen Gleichstrommotors.
Für die elektrische Interpretation des Phasendiagramms wird die Ordinate betrachtet, auf der das anliegende elektrische Spannungspotential dargestellt ist. Bei 0° liegt das maximale Potential, bei 180°, das minimale Potential und bei 90° bzw. 270° ein mittleres Spannungspotential an. Wie zuvor erwähnt, werden die Spulen im Diagramm durch Pfeile dargestellt, deren Anfangs- und Endpunkte die Kontaktierungen darstellen. Die jeweils anliegende Spulenspannung kann durch Projektion von Start- und Endpunkt der Pfeile auf der Potentialachse abgelesen werden. Durch die Pfeilrichtung wird die Stromrichtung und hierdurch die Magnetisierungsrichtung der Spule festgelegt.
Anstelle einer kontinuierlichen sinusförmigen Spannungsquelle, die ein Phasendiagramm gemäß 8 aufweist, kann aus Kostengründen auch eine Steuerung mit Rechteck-Charakteristik eingesetzt werden. In einem entsprechenden Phasendiagramm, das in 9 gezeigt ist, ist die Rechteck-Charakteristik durch Schaltschwellen dargestellt. Hierbei können die Phasenanschlüsse jeweils die drei Zustände Pluspotential, Minuspotential und potentialfrei einnehmen. Dabei liegt das Pluspotential z. B. in einem Bereich zwischen 300° und 60° und das Minuspotential in einem Bereich von 120° bis 240° an und die Bereiche zwischen 60° und 120° sowie 240° und 300° stellen den potentialfreien Zustand dar, in dem die Spulen nicht angeschlossen sind. Bei der Rechteckspannung-Ansteu erung ist der im Vergleich zur Sinus-Steuerung ungleichmäßigere Schub nachteilig.
Es lässt sich natürlich noch eine große Zahl weiterer Spulenkonfigurationen und Potentialverteilungen aufbauen, z. B. die in 10 gezeigte Potentialverteilung, bei der ein minimales Potential von 0 V in einem Bereich zwischen 105° und 255°, ein maximales Potential von 24 V in einem Bereich von 285° bis 75° und potentialfreie Bereiche von 75° bis 105° und von 255° bis 285° vorliegen.
Die 11 zeigt eine zweite bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spulenmodules, bei dem drei in Fahrtrichtung ausgerichtete Spulen 7 auf einen gemeinsamen Spulenkern 12 gewickelt sind. Der Spulenkern und zwischen den Spulen 7 angeordnete quadratische Polschuhe 19 sind ein kompaktes Drehteil. Zur Kontaktierung und Befestigung sind für jede Spule 7 zwei Kontaktierungs- und Befestigungsstifte 22 vorgesehen, die aus den Polschuhen 19 isoliert hervorstehen.
Die 12a) zeigt zwei Antriebssegmente, d. h. sechs Einzelspulen 7, die in Reihe angeordnet sind und deren Achsen fluchten, wobei zwischen den Einzelspulen 7 Polschuhe 19 angeordnet sind, deren einer Seite Polflächen einer Magnetreihe 1 mit einem bestimmten spaltförmigen Abstand gegenüberliegen.
Die 12b) zeigt eine zu der 12a) korrespondierende Ansicht, bei der die Magnetreihe 1 nicht gezeigt ist, dafür aber Flussleitstücke 23, die an zumindest einer Seite der Polschuhe 19 angeordnet sind, der die Magnetreihe 1 mit dem bestimmten spaltförmigen Abstand gegenübersteht, wobei die Flussleitstücke 23 die Spulen 7 an dieser Seite nahezu verde cken, d. h. die Fläche der Polschuhe 19, die der Magnetreihe 1 gegenüberliegt, vergrößert.
Weiter zeigt 13 zwei Antriebssegmente der zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystemes, die hier durch zwei Spulenmodule mit jeweils sechs Spulen 7 ausgebildet sind, hier als kombiniertes magnetisches Trag- und Antriebssystem in einer geschnittenen Aufsicht, bei der der erfindungsgemäß verwendete magnetische Linearantrieb eine dreiphasige Spulenanordnung aufweist, wobei die Magnetreihe 1 zwischen zwei Polschuhleisten 18a, 18b liegt, die jeweils alle auf einer Seite der Magnetreihe 1 liegenden Polschuhe 19 von Spulen 7 der Linear-Antriebseinheit verbinden. Die Polschuhe 19 sind hier jeweils mit dem jeweiligen sich in Antriebsrichtung, d. h. x-Richtung erstreckenden Spulenkern 12 der Spulen 7 als ein Drehteil ausgebildet und erstrecken sich zu der jeweiligen Polschuhleiste 18a, 18b, um einen besseren Magnetfeldschluss zu gewährleisten. Die auf den Polseiten der Einzelmagnete der Magnetreihe 1 angeordneten Spulen 7 der beiden gezeigten Spulenmodule sind symmetrisch in gleicher Weise angeschlossen, wie bei der zuvor beschriebenen Ausgestaltung. In dieser Ausführungsform ist das Magnetraster R_M = 3/2 des Spulenrasters R_S gewählt. Durch diese Merkmale sind die charakteristischen Eigenschaften, dass jede Spule einen Phasenwinkel von 120° überbrückt und dass nach 360° (eine Umdrehung = 2 R_M) alle drei Spulen eines Antriebssegmentes der Linear-Antriebseinheit durchlaufen sind, wobei – wie in der obigen Ausführungsform – ein Antriebssegment aus einer der elektrischen Phasen entsprechenden Anzahl von zusammen angesteuerten Spulen bzw. Spulenpaaren besteht, erfüllt.
Das Phasendiagramm dieser Anordnung entspricht dem der zuvor beschriebenen Anordnung, bei dem die im Phasendiagramm durch Pfeile dargestellten Spulen 7 ein Dreieck bilden, wobei die Ecken dieses Dreieckes jeweils die Phasen der Ansteuerung darstellen. Hier durchlaufen die Ecken des Dreieckes bei einer Drehung um 360°, was einer Translationsbewegung des Läufers um drei Spulenraster entspricht, drei Spannungspotentiale: plus, minus und potentialfrei, wenn die in 9 gezeigte Rechteckansteuerung gewählt wird. Da jede Spule einen Phasenwinkel von 120° überbrückt, wird bei einer Drehung um 60° das Potential einer Phase geändert und eine der drei Phasen ist immer potentialfrei. Trägt man das Phasenpotential in Abhängigkeit von der Anzahl der 60°-Drehungsschritte in eine Tabelle ein, so ergibt sich das nachfolgende Phasenansteuerungs-Diagramm:
Durch eine Verschiebung der Schaltschwelle zu einem Minuspotential zwischen 105° und 255°, einem Pluspotential zwischen 285° und 75° und potentialfreien Zuständen zwischen 75° und 105° und 255° und 285°, ähnlich des in 10 gezeigten Zustandes, lässt sich eine Ansteuerung mit einer Schrittweite von 30° realisieren. Hierbei können zwei Phasen das gleiche Potential haben, so dass an zugehöriger Spule keine Spannungsdifferenz anliegt und kein Strom fließt. In jedem zweiten 30°-Schritt ist jeweils eine Phase potentialfrei. Das entsprechende 30°-Phasenansteuerungs-Diagramm mit 12 Steuerschritten ergibt sich wie folgt:
Um die Vorschubeigenschaften zu optimieren, sollte die Magnetbreite, d. h. die Abmessungen der Magnetreihe 1 bzw. von deren Einzelmagneten in y-Richtung, möglichst klein sein, denn die Dauermagnete wirken wie Luft dämpfend auf den Magnetkreis der Spulen 7. Die Magnethöhe, also die Abmessungen der Magnetreihe(n) 1, 1e, 1f bzw. von deren Einzelmagneten in z-Richtung, sollte möglichst groß sein, denn eine große Magnethöhe führt zu einer großen Luftspaltfläche, die den magnetischen Widerstand des Spulenkreises reduzieren hilft. Gleichzeitig wird hierbei viel Magnetmaterial in den magnetischen Spulenkreis eingebracht, ohne zu große, den Magnetkreis sättigende Feldstärken zu erzeugen. Die Höhe der Polschuhe 19 und/oder Spulenkerne 12 sollte möglichst groß sein, damit die Polschuhe 19 bzw. Spulenkerne 12 mit den Magneten eine möglichst große Überdeckung erreichen, so dass sich eine große Luftspaltfläche mit hoher Wirkkraft und kleinem magnetischen Widerstand ergibt. Die Anordnung dieser weichmagnetischen Bauelemente sollte eine möglichst große vertikale Überdeckung zwischen Spulenkernen 12 bzw. Polschuhen 19 erreichen.
Natürlich können die erfindungsgemäßen Spulenmodule auch in Systemen eingesetzt werden, in denen die lediglich vorzugsweise magnetisch gelagerte Trageinrichtung von dem erfindungsgemäßen Antriebssystem getrennt vorgesehen ist.

1, 1e, 1f: Magnetreihe
1a–d: Magnet
2: Tragelement
2a, 2b, 2d: Tragschiene
3: Führungselement
4: Tragschlitten
5: Türflügel
6: Gehäuse
7, 7a–c: Spule
12, 12a–c: Spulenkern
18a, 18b: Polschuhleiste
19: Polschuhe
21: Blechhalterung
22: Kontaktierungs- und Befestigungsstifte
23: Flussleitstücke
R(_S): Raster
R(_Lücke): Länge einer Lücke
R(_M0): Magnetraster
L(_Magnet): Länge eines Magneten
x: Antriebsrichtung

Claims

Teleskopschiebetür mit einem magnetischen Antriebssystem für mindestens einen Türflügel, der aus mindestens einem ersten und einem zweiten Türflügelelementen besteht, mit einer Linear-Antriebseinheit, die mindestens eine aus mehreren Einzelspulen (7, 7a–7c) bestehende Spulenanordnung und für jedes Türflügelelement mindestens eine in Antriebsrichtung in bestimmten Abständen unterbrochene Reihe von weich- oder hartmagnetischen Elementen (1, 1e, 1f) aufweist, wobei die Spulenanordnung bei entsprechender Ansteuerung der Einzelspulen (7, 7a–7c) eine Wechselwirkung mit der mindestens einen Reihe von weich- oder hartmagnetischen Elementen (1, 1e, 1f) bewirkt, die Vorschubkräfte hervorruft, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelspulen (7, 7a–7c) der Spulenanordnung in einem konstanten Abstand angeordnet sind und dass die reihenförmig angeordneten weich- oder hartmagnetischen Elemente (1, 1e, 1f) des ersten Türflügelelementes einen Abstand zueinander aufweisen, der sich von dem Abstand der reihenförmig angeordneten weich- oder hartmagnetischen Elemente (1, 1e, 1f) des zweiten Türflügelelementes unterscheidet.
Teleskopschiebetür nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand der einzelnen weich- oder hartmagnetischen Elemente (1, 1e, 1f) eines Türflügelelementes zueinander anhand des von diesem Türflügelelement zum vollständigen Öffnen bzw. Schließen zurückzulegenden Weges und der Gesamtzahl der Türflügelelemente der Teleskoptür so bestimmt, dass alle Türflügelelemente ihre jeweilige geöffnete oder geschlossene Endposition gleichzeitig erreichen.
Teleskopschiebetür nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Teleskoptür mit zwei Türflügelelementen ein erstes Türflügelelement einen doppelt so großen Abstand der einzelnen weich- oder hartmagnetischen Elemente (1, 1e, 1f) zueinander aufweist, wie ein zweites Türflügelelement.
Teleskopschiebetür nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Türflügelelement einen Abstand der einzelnen weich- oder hartmagnetischen Elemente (1, 1e, 1f) zueinander entsprechend 4/3 dem Abstand der Einzelspulen (7, 7a–7c) der Spulenanordnung zueinander und das zweite Türflügelelement einen Abstand der einzelnen weich- oder hartmagnetischen Elemente (1, 1e, 1f) zueinander entsprechend 2/3 dem Abstand der Einzelspulen (7, 7a–7c) der Spulenanordnung zueinander aufweisen.
Teleskopschiebetür nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine permanent erregte magnetische Trageinrichtung, die mindestens ein weich- oder hartmagnetisches Tragelement (2a, 2b, 2d), und für jedes Türelement mindestens eine Magnetreihe (1, 1e, 1f), die in anziehender Kraftwirkung mit dem mindestens einen weich- oder hartmagnetisches Tragelement steht, und ein Führungselement (3) aufweist, das einen bestimmten spaltförmigen Abstand zwischen der mindestens einen Magnetreihe (1, 1e, 1f) und dem Tragelement (2a, 2b, 2d) gewährleistet.
Teleskopschiebetür nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Magnetreihe (1, 1e, 1f) quer zur Tragrichtung (Z) und zur Antriebsrichtung (X) magnetisiert ist.
Teleskopschiebetür nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Magnetreihe (1, 1e, 1f) aus einzelnen Dauermagneten (1a, 1b, 1c, 1d) besteht.
Teleskopschiebetür nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magnetisierung der mindestens einen Magnetreihe (1, 1e, 1f) in einer Längsrichtung der mindestens einen Magnetreihe (1, 1e, 1f) in bestimmten Abständen das Vorzeichen wechselt.
Teleskopschiebetür nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Magnetreihe (1, 1e, 1f) durch die mindestens eine in Antriebsrichtung in bestimmten Abständen unterbrochene Reihe von hartmagnetischen Elementen (1, 1e, 1f) der Linear-Antriebseinheit gebildet ist.
Teleskopschiebetür nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement zwei Tragschienen (2a, 2b) aufweist, von denen die eine mit einem bestimmten Abstand zu einer ersten Seite einer der mindestens einen Magnetreihe (1, 1e, 1f) angeordnet ist und die andere mit dem gleichen bestimmten Abstand zu einer der ersten Seite der Magnetreihe (1, 1e, 1f) gegenüberliegenden zweiten Seite der Magnetreihe (1, 1e, 1f) angeordnet ist.
Teleskopschiebetür nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Tragelement eine U-förmige Tragschiene (2d) mit einem Bodenbereich und zwei Seitenbereichen aufweist, wobei der Bodenbereich die beiden Seitenbereiche verbindet und die eine Magnetreihe (1, 1e, 1f) der mindestens einen Magnetreihe wenigstens teilweise so innerhalb der U-förmigen Tragschiene (2d) ge führt wird, dass wenigstens Teile einer Innenfläche des einen Seitenbereiches mit dem bestimmten Abstand zu einer ersten Seite der Magnetreihe (1, 1e) angeordnet sind und wenigstens Teile einer Innenfläche des anderen Seitenbereiches mit dem gleichen oder einem anderen bestimmten spaltförmigen Abstand zu einer der ersten Seite der Magnetreihe gegenüberliegenden zweiten Seite der Magnetreihe (1) oder einer weiteren Magnetreihe (1f) der mindestens einen Magnetreihe (1) angeordnet sind.
Teleskopschiebetür nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (2a, 2b, 2d) ortsfest und die mindestens eine Magnetreihe (1, 1e, 1f) ortsveränderlich angeordnet sind.
Teleskopschiebetür nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (2a, 2b, 2d) weichmagnetisch ist.
Teleskopschiebetür nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (3) Rollen, Wälz- und/oder Gleitkörper umfasst.
Teleskopschiebetür nach einem der Ansprüche 5 bis 14, 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.
Teleskopschiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Raster der Einzelspulen (7) der Spulenanordnung unterschiedlich zu einem der mindestens einen in bestimmten Abständen unterbrochene Reihe von weich- oder hartmagnetischen Elementen ist.
Teleskopschiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (7) ortsfest und die mindestens eine in bestimmten Abständen unterbrochene Reihe von weich- oder hartmagnetischen Elementen (1, 1e, 1f) ortsveränderlich angeordnet sind.
Teleskopschiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teleskopschiebetür als Bogenschiebetür oder Horizontal-Schiebewand ausgebildet ist.