-
Die
Erfindung betrifft eine Schiebetür
mit einer magnetischen Trageinrichtung nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1, insbesondere für
eine automatisch betriebene Tür
und insbesondere eine besondere Ausgestaltung eines Tragelementes
einer Trageinrichtung. Die magnetische Trageinrichtung besteht aus
mindestens einer Magnetreihe, wobei von diesem Begriff eine Anordnung
einzelner Dauermagnete und auch längliche Einzelmagnete umfasst sind.
Die Magnetreihe kann ortsfest oder ortsveränderlich angeordnet sein.
-
Aus
der
DE 40 16 948 A1 ist
eine Schiebetürführung bekannt,
bei der miteinander zusammenwirkende Magnete bei normaler Belastung
eine berührungsfreie
schwebende Führung
eines in der Schiebeführung
gehaltenen Türflügels oder
dergleichen bewirken. Nachteilig ist dabei die V-förmige Anordnung
der Permanentmagnete, da durch eine derartige Anordnung keine seitlich
stabile Führungsbahn realisiert
werden kann.
-
Aus
der WO 00/50719 A1 ist ein kombiniertes Lager- und Antriebssystem
für eine
automatisch betriebene Tür
bekannt, bei der ein permanent magnetisches Tragsystem symmetrisch
aufgebaut ist und ortsfeste und orts-veränderbare 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 ortsfeste
als auch mindestens eine ortsveränderbare
Magnetreihe vorhanden sein muss, d. h. dass über den gesamten Weg der Schiebeführung bzw.
des Lagers der automatisch betriebenen Tür und an dem entlang dieser Führung beweglichen
Tragschlitten für
die Tür
Magnete angeordnet sein müssen,
wodurch ein solches System, das sich aufgrund des Wegfalls der mechanischen
Reibung zum Tragen der Tür
durch extreme Leichtgängigkeit
und geräuschlose
Arbeitsweise auszeichnet und nahezu verschleiß- und wartungsfrei ist, in
der Herstellung sehr teuer wird.
-
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 ein direktes Anhaften der Magnete an dem ferromagnetischen
Material mittels Rollen verhindert wird, also ein Luftspalt zwischen
den Magneten und dem ferromagnetischen Material mittels Rollen fest
eingestellt wird. Diese Rollen müssen
bei den gewählten
Anordnungen großen
Kräfte
aufnehmen, da die magnetische Feldstärke nicht so gewählt werden
kann, dass lediglich die jeweilige magnetisch aufgehängte Tür gehalten
wird, sondern aufgrund von Sicherheitsbestimmungen eine bestimmte
zusätzliche
Tragkraft vorhanden sein muss, damit die Tür nicht ungewollt abfällt. Demzufolge
müssen
die Rollen ähnlich
ausgelegt werden, wie bei rein rollengelagerten Schiebetüren, was
dazu führt,
dass eine mechanische Reibung zum Einstellen des Luftspalts vorhanden
ist. Diese hebt die extreme Leichtgängigkeit und geräuschlose
Arbeitsweise der nach dem abstoßenden Kraftprinzip
arbeitenden Lagerung auf und führt
zu Verschleiß und
Wartung.
-
Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Schiebetür mit einer
magnetischen Trageinrichtung so weiterzuentwickeln, dass die zuvor
genannten Vorteile bei geringeren Herstellungskosten bestehen bleiben.
-
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 magnetischen
Trageinrichtung für
mindestens einen Türtlügel, wobei
die Trageinrichtung mindestens eine 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,
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 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.
-
Nach
der Erfindung weist jedes Tragelement 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
mit dem bestimmten Abstand zu einer ersten Seite der Magnetreihe
angeordnet ist 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 ist.
-
Vorzugsweise
wird der bestimmte Abstand so klein wie möglich gehalten.
-
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 besserer Magnetfeldschluss, wodurch
zum Erreichen einer gleichen Tragleistung weniger starke Magnete
oder eine geringere Anzahl von Magneten eingesetzt werden muss.
Weiter ist eine höhere
mechanische Steifigkeit der Tragschiene selbst vorhanden, wodurch ein
aufnehmendes Gehäuse
einfacher ausgestaltet sein kann oder sogar ganz entfallen kann.
Durch die Reduzierung der Teilezahl ist die Herstellung und Montage
kostengünstiger
realisierbar.
-
Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens ein
Endbereich eines Seitenbereiches der U-förmigen Tragschiene nach außen abgewinkelt,
wobei die eine Magnetreihe der mindestens einen Magnetreihe wenigstens
teilweise so innerhalb der U-förmigen
Tragschiene geführt wird,
dass eine erste Innenfläche
des einen Seitenbereiches mit dem bestimmten spaltförmigen Abstand
zu der ersten Seite der einen Magnetreihe angeordnet ist und eine
zweite Innenfläche
des einen Seitenbereiches so schräg zu der ersten Seite der einen
Magnetreihe verläuft,
dass ein keilförmiger
Abstand zu der ersten Seite der Magnetreihe gebildet wird, der sich
von dem Bodenbereich weg ausweitet.
-
Nach
einer vorzugsweisen Ausgestaltung der vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung sind beide Endbereiche der beiden Seitenteile in gleicher Weise
nach außen
abgewinkelt.
-
Durch
diese vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung ergibt sich eine
besonders einfache Montagemöglichkeit,
indem das Gehäuse
so ausgestaltet wird, dass der/die nach außen abgewinkelte/n Endbereich/e
der U-förmige
Tragschiene in das Gehäuse
einrasten kann/können,
d. h. die gesamte Tragschiene einfach in das Gehäuse „eingeklickt" wird.
-
Nach
der Erfindung kann die Tragschiene ein Gehäuseprofil bilden, welches so
mit dem Führungselement
in Wechselwirkung steht, dass der bestimmte Abstand zwischen der
Magnetreihe und dem Tragelement gewährleistet ist. Hierdurch kann
die Teileanzahl weiter verringert und damit die Montage weiter vereinfacht
werden, wodurch die Kosten gesenkt werden können.
-
Alternativ
kann die erfindungsgemäß verwendete
Trageinrichtung ein Gehäuseprofil
aufweisen, in das die Tragschiene(n) eingeschoben oder eingerastet
werden können.
Hier ist, bei gegenüber der
zuvor beschriebenen Ausgestaltung erhöhter Teileanzahl, ebenfalls
eine kostengünstige
Herstellung möglich,
da die Tragschiene hinsichtlich Material und Form auf ihre Trageigenschaften
optimiert werden kann, ohne dass dabei auf eine ästhetische Formgebung und eine
ansprechende Farbgestaltung Rücksicht
genommen werden muss, da ein umhüllendes Gehäuse vorgesehen
ist. Dieses kann aufgrund der bei der Montage unter Umständen noch
nicht eingeschobenen oder eingerasteten Tragschiene und der damit
aufgrund des verringerten Gewichtes leichteren Handhabung einfacher
montiert, d. h. z. B. an einem Türsturz
angebracht werden, bevor die relativ schwere Tragschiene/n eingeschoben
oder eingerastet wird/werden.
-
Bei
der erfindungsgemäß verwendeten
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 Herstelfungsprozess 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 mehrpoliger Einzelmagnet eingesetzt werden. Weiter wird durch
dieses Merkmal erreicht, dass das den spaltförmigen Abstand gewährleistende
Führungselement
auch bei Toleranzen der U-förmigen
Tragschiene 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.
-
Durch
die erfindungsgemäße Verwendung einer
U-förmigen
Tragschiene, kann auf dieses Merkmal leichter verzichtet werden
als bei einer Ausführungsform
mit zwei getrennten Tragschienen, da aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
der Tragschiene als solche bereits ein besserer Magnetfeldschluss
erreicht wird. 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 der Schiebetür
ist diese an der Magnetreihe aufgehangen, wohingegen das Tragelement
eine Führung für das Türelement
oder die Türelemente
einer mehrflügeligen
Schiebetür
bildet. Diese Ausgestaltung ermöglicht
in besonders einfacher Weise eine Kombination der erfindungsgemäßen Trageinrichtung
mit einem elektromagnetischen Linearantrieb, bei dem der Läufer mittels
der Magnetreihe(n) gebildet wird. Natürlich ist auch die Ausgestaltung
des Tragelementes ortsveränderlich
und der Magnetreihe(n) ortsfest möglich.
-
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 Seltenerd-Hochleistungsmagneten,
weiter vorzugsweise aus Neodym-Eisen-Bor
(NeFeB) bzw. Samarium-Cabalt (Sm2Co) oder
kunststoffgebundenen Magnetwerkstoffen. Durch die Venrvendung 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 erfindungsgemäß verwendeten
Trageinrichtung können
mit einem elektromagnetischen Linearantrieb oder mit einem elektromechanischen
Linearantrieb ausgestaltet, kombiniert oder integriert werden, der
auch innerhalb der U-förmigen
Tragschiene angeordnet sein kann.
-
Die
erfindungsgemäß verwendete
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 anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen
näher beschrieben.
-
Dabei
zeigen:
-
1: Einen Querschnitt einer ersten bevorzugten
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung in verschiedenen Belastungszuständen,
-
2:
die Tragkraftkennlinie der magnetischen Trageinrichtung nach der
in 1 gezeigten ersten bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung,
-
3:
den Querkraftverlauf der magnetischen Trageinrichtung nach der in 1 gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung,
-
4:
eine Schnittdarstellung einer Draufsicht der magnetischen Trageinrichtung
nach der in 1 gezeigten ersten bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung und
-
5:
Querschnitte der ersten und einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung in verschiedenen Ausgestaltungen.
-
Die 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen magnetischen Trageinrichtung
für Schiebetüren im Querschnitt.
Zur Erläuterung
ist ein Koordinatensystem eingezeichnet, bei dem eine x-Richtung eine Fahrtrichtung
eines an der erfindungsgemäßen Tragein richtung
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 eine an dem Tragschlitten 4 vorgesehene mechanische
Führung 3,
die mit einem Gehäuse 6 der
Trageinrichtung zusammenwirkt, in horizontaler Richtung zentriert
zwischen der u-förmigen
weichmagnetischen Tragschiene 2d, die das Tragelement 2 bildet,
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 Fg, z. B. durch den an dem
Tragschlitten 4 befestigten Türflügel 5, werden diese
in vertikaler Richtung aus der in 1a) gezeigten symmetrischen
Lage über
einen in 1b) gezeigten Zwischenzustand
in eine in 1c) gezeigte Gleichgewichtslage
bewegt, die durch die zu tragende Gewichtskraft Fg und
eine magnetische Rückstellkraft
zwischen den Magneten 1a, 1b, 1c, 1d der
Magnetreihe 1 und der Tragschiene 2d 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 und der
Tragschiene 2d wirkenden magnetischen Anziehungskräfte, wobei
nur der Teil der Magnete 1a, 1b, 1c, 1d,
der zwischen den Seitenbereichen 2d1, 2d2 der
Tragschiene 2d 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 der Tragschiene 2d ab, wodurch in
diesen Bereichen kein stabiler Gleichgewichtszustand zwischen der
Tragkraft F(z) und der durch die Last bedingten
Gewichtskraft Fg erreicht werden kann.
-
In
der Praxis kann ein solches Abreißen der Tragkraft F(z) durch die Gewichtskraft Fg der
Türflügelmasse
durch eine mechanische Begrenzung der möglichen Auslenkung der Magnetreihe 1 zuverlässig verhindert
werden, wie sie beispielhaft in 1d) gezeigt
ist. Hier umfasst das die Tragschiene 2d 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 Seitenbereichen 2d1, 2d2 der Tragschiene 2d,
bedingt durch die auf die Magnetreihe 1 wirkende Gewichtskraft
Fg und der betragsgleichen, in entgegengesetzte
Richtung wirkende magnetische Tragkraft F(z) einstellen
kann.
-
Bei
strenger Symmetrie der beschriebenen magnetischen Trageinrichtung
um die vertikale Mittelachse, 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 Seitenbereichen 2d1, 2d2 der Tragschiene 2d 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 Koordinatensystems, der zur Mittellage der Magnetreihe 1 zwischen
den Seitenbereichen 2d1, 2d2 der Tragschiene 2d korrespondiert,
ein instabiles Kräftegleichgewicht
vorliegt. In allen anderen Punkten des Koordinatensystems 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 Seitenbereichen 2d1, 2d2 der
Tragschiene 2d 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
Tragschiene 2d 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 Tragschiene 2d im Gleichgewichtszustand,
in dem die magnetische Tragkraft F(z) betragsgleich
der durch Belastung der Magnetreihe 1 mit dem Türflügel 5 hervorgerufenen Gewichtskraft
Fg ist, vertikal unsymmetrisch um die Magnetreihe 1 liegen
und die Magnetreihe 1 sollte möglichst kontinuierlich sein,
um Rastkräfte
in Bewegungsrichtung, d. h. in x-Richtung,
zu vermeiden.
-
In 4 ist
eine Schnittdarstellung einer Aufsicht der in 1a nach
einer Schnittlinie A-A gezeigten Trageinrichtung nach der ersten
bevor zugten 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 Seitenbereichen 2d1, 2d2 der
Tragschiene 2d angeordnet sind, die aus einem weichmagnetischen
Material bestehen. In dieser Ausführungsform, in der die Tragschiene 2d den
feststehenden Teil der erfindungsgemäßen Trageinrichtung bildet,
sind die Einzelmagnete 1a, 1b, 1c, 1d zur
Bildung der Magnetreihe 1 an dem beweglichen Tragschlitten 4 befestigt
und können
zwischen den Schienen in x- und z-Richtung verschoben werden. Bei
einer vertikalen Verschiebung, d. h. einer Verschiebung in z-Richtung,
um einen kleinen Weg, ca. 3–5 mm,
aus der Null-Lage, d. h. der geometrischen Symmetrielage, ergibt
sich, bedingt durch die Verwendung äußerst starker Dauermagnete,
z. B. aus NeFeB, eine erhebliche Rückstellkraft, die zum Tragen eines
Schiebetürflügels 5 mit
einem Gewicht von ca. 80 kg/m geeignet ist. In der in 4 gezeigten
Anordnung, bei der die Dauermagnete 1a, 1b, 1c, 1d mit
abwechselnder Magnetisierungsrichtung zwischen den beiden Seitenbereichen 2d1, 2d2 der Tragschiene 2d angeordnet
sind, wirkt sich der Feldschluss durch die Tragschiene 2d bei
wechselseitiger Magnetisierungsrichtung der nebeneinander angeordneten
Magnete positiv verstärkend
aus.
-
Die 5a) zeigt eine zweite alternative Ausführungsform
der erfindungsgemäßen magnetischen
Trageinrichtung mit einer anderen Ausgestaltung des Gehäuses 6 im
Querschnitt. Das wie in der zuvor beschriebenen Ausgestaltung prinzipiell
U-förmige
Gehäuse
weist im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Ausgestaltung nicht
lediglich einen Boden und zwei senkrecht auf diesem stehende Seitenbereiche
auf, wobei die Tragschiene 2d in den zwischen Boden und
einem jeweiligen Seitenbereich gebildeten Kanten angeordnet sind,
sondern weist gegenüber
der zuvor beschriebenen Ausgestaltung verstärkte Seitenbereiche auf, die
an der jeweiligen Kante mit dem Bodenbereich eine Einfräsung oder
Einkerbung aufweisen, in denen jeweils die Tragschiene 2d aufgenommen
ist. Hierdurch ist eine größere Stabilität gewährleistet,
da eine die Tragschiene 2d in Richtung des Tragschlittens 4 (in
z-Richtung) ziehende Kraft direkt von dem Gehäuse 7 und nicht von
einem oder mehreren Befestigungsmitteln aufgenommen wird, welches
die Tragschiene 2d an dem Gehäuse 7 befestigt. Diese
Befestigungsmittel müssen die
Tragschiene 2d lediglich in der Richtung senkrecht zur
Tragrichtung und zur Bewegungsrichtung (in y-Richtung) halten.
-
Wie
in der im Zusammenhang mit der 1 beschriebenen
Ausgestaltung ist die ortsveränderbare
Magnetreihe 1 ebenfalls an einem Tragschlitten 8 befestigt,
wobei der Tragschlitten 8 hier nicht ein aus Gleitkörpern bestehendes
Führungselement 3,
sondern ein aus einer Rolle bestehendes Führungselement 3 aufweist.
Die Rolle kann einen etwas kleineren Durchmesser, als der Abstand
zwischen den Teilen des Gehäuses 7,
mit denen die Rolle in Wechselwirkung steht, haben, d. h. an denen
sie entlang läuft, wenn
sich die Magnetreihe 1 und der Tragschlitten 8 nicht
in der Mittellage (in y-Richtung) befinden. Trotz des etwas kleineren
Durchmessers ist der bestimmte spaltförmige Abstand zwischen der
Magnetreihe 1 und den beiden Tragschienen 2a, 2b gewährleistet.
-
Die 5b) zeigt eine zweite alternative Ausgestaltung
der Erfindung. Hier sind die Seitenbereiche des U-förmigen Gehäuses 7 so
eingefräst oder
eingekerbt und die Tragschiene 2d ist mit abgerundeten
Außenkanten
zwischen ihrem Bodenbereich und ihren Seitenbereichen 2d1, 2d2 so
ausgestaltet, dass die U-förmige
Tragschiene 2d so von unten in das Gehäuse 7 eingeschnappt
werden kann, dass die beiden Seitenbereiche der Tragschiene 2d in
den Einfräsungen
oder Einkerbungen des Gehäuses 7 aufgenommen
werden und der Boden der Tragschiene 2d an dem Boden des
Gehäuses 7 anliegt. Durch
diese Ausgestaltung braucht die Tragschiene 2d nicht in
Bewegungsrichtung der Tragschlittens 4 (in x- Richtung) in das
Gehäuse 7 eingeschoben,
sondern kann von unten in Tragrichtung (in z-Richtung) in das Gehäuse eingesetzt
werden. Weiter kann die Tragschiene 2d, wie auch in der
zuvor beschriebenen ersten alternativen Ausgestaltung und in der nachfolgend
beschriebenen dritten alternativen Ausgestaltung, ohne weitere Befestigungsmittel
in Tragrichtung (in z-Richtung) und in Richtung der Querkräfte (in
y-Richtung) von dem Gehäuse 7 gehalten werden.
-
Die 5c) zeigt eine dritte alternative Ausgestaltung
der Erfindung, bei der gegenüber
der ersten Ausgestaltung der zweiten Ausgestaltung eine U-förmige Tragschiene 2e mit
nach außen,
d. h. von der innerhalb der Tragschiene 2e angeordneten
Magnetreihe 1 weg, abgewinkelten Endbereichen der Seitenbereiche
von einem Gehäuse 9 aufgenommen wird.
Die Seitenbereiche des Gehäuses 9 weisen Einfräsungen oder
Einkerbungen auf, die nicht einfach rechteckig sind, wie bei den
zuvor beschriebenen Ausgestaltungen, sondern zusätzlich jeweils eine Nut ausbilden,
in denen die nach außen
abgewinkelten Endbereiche jeweils einrasten können.
-
Nach
der Erfindung können
mehrere der gezeigten und beschriebenen miteinander in Wechselwirkung
stehenden Anordnungen aus Magnetreihe(n) und Tragelement, d. h.
Tragschiene(n), parallel angeordnet sein. Weiter sind auch andere
Anordnungen und Ausgestaltungen denkbar, z. B. eine Tragschiene
als Tragelement, an deren beiden Seitenbereichen zwei Magnetreihen
angeordnet sind, also jeweils eine Magnetreihe neben jedem Seitenbereich 2d1, 2d2.
-
- 1
- Magnetreihe
- 1a
- Magnet
- 1b
- Magnet
- 1c
- Magnet
- 1d
- Magnet
- 2
- Tragelement
- 2d
- Tragschiene
- 2d1,
2d2
- Seitenbereiche
der Tragschiene 2d
- 2e
- Tragschiene
- 3
- Führungselement
- 4
- Tragschlitten
- 5
- Türflügel
- 6
- Gehäuse
- 6a
- Vorsprung
- 6b
- Vorsprung
- 7
- Gehäuse
- 8
- Tragschlitten
- 9
- Gehäuse
- F(z)
- Tragkraft
- Fg
- Gewichtskraft
- z-Achse
- vertikale
Mittelachse
- y-Achse
- Querrichtung
- x-Achse
- Bewegungsrichtung