DE102004050340A1

DE102004050340A1 - Schiebetür mit einem magnetischen Trag- und Antriebssystem

Info

Publication number: DE102004050340A1
Application number: DE102004050340A
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
Anticipated expiration: 2024-10-18
Also published as: EP1805384B1; EP1805384A1; WO2006039972A1; DE102004050340B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schiebetür mit einem magnetischen Trag- und Antriebssystem für mindestens einen Türflügel, mit einer in Antriebsrichtung angeordneten Magnetreihe, deren Magnetisierung in ihrer Längsrichtung bestimmten Abständen das Vorzeichen wechselt, einer aus mehreren Einzelspulen und Spulenkernen bestehende Spulenanordnung, die bei entsprechender Ansteuerung der Einzelspulen Wechselwirkung mit der Magnetreihe bewirkt, die Vorschubkräfte hervorruft, wobei die Spulenkerne oder an diesen anliegende Polschuhe in anziehender Kraftwirkung mit der Magnetreihe stehen, einem Führungselement, das einen bestimmten spaltförmigen Abstand zwischen der Magnetreihe und den Spulenkernen bzw. den Polschuhen gewährleistet, einem Tragschlitten, an dem der Türflügel befestigt werden kann, und einer Tragkraft-Einstellvorrichtung, mittels der der bestimmte spaltförmige Abstand eingestellt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schiebetür mit einem magnetischen Trag- und Antriebssystem für mindestens einen Türflügel, mit einer Linear-Antriebseinheit mit mindestens einer Magnetreihe. Der Begriff der Magnetreihe umfasst auch längliche Einzelmagneten. 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 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 Schiebetür 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 Gleichgewicht befindet und bei dem das Tragsystem symmetrisch angeordnete seitliche Führungselemente aufweist, die rollenförmig gelagert sein kön nen. 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 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 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.

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 Dauermagnete 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 Anbacken der Magnete an dem ferromagnetischen Material mittels Rollen verhindert wird, also ein Luftspalt zwischen den Magneten und dem ferromagnetischen Material mittels Rollen 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 Luftspaltes vorhanden ist. Diese hebt die extreme Leichtgängigkeit und geräuschlose Arbeitsweise der nach dem abstoßenden Kraftprinzip arbeitenden Lagerung auf und führt zu Verschleiß und Wartung. Dazu kommt, 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 Schiebetür mit einem magnetischen Trag- und Antriebssystem für mindestens einen Türflügel, das eine Linear-Antriebseinheit mit mindestens einer Magnetreihe aufweist, 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.

Die erfindungsgemäße Schiebetür mit einem magnetischen Trag- und Antriebssystem für mindestens einen Türflügel, mit einer in Antriebsrichtung angeordneten Magnetreihe, deren Magnetisierung in ihrer Längsrichtung in bestimmten Abständen das Vorzeichen wechselt, einer aus mehreren Einzelspulen und Spulenkernen bestehende Spulenanordnung, die bei entsprechender Ansteuerung der Einzelspulen eine Wechselwirkung mit der Magnetreihe bewirkt, die Vorschubkräfte hervorruft, wobei die Spulenkerne oder an diesen anliegende Polschuhe in anziehender Kraftwirkung mit der Magnetreihe stehen, einem Führungselement, das einen bestimmten spaltförmigen Abstand zwischen der Magnetreihe und den Spulenkernen bzw. den Polschuhen gewährleistet, einem Tragschlitten, an dem der Türflügel befestigt werden kann und einer Tragkraft-Einstellvorrichtung, mittels der der bestimmte spaltförmige Abstand eingestellt werden kann, weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass das Tragelement aufgrund der ausgenutzten anziehenden Kraftwirkung nicht notwendigerweise hartmagnetisch sein muss, wobei eine Spaltbreite des der spaltförmigen Abstands zwischen der Magnetreihe und dem aus Spulenkernen und/oder Polschuhen bestehenden Tragelement eingestellt werden kann. Durch eine solche Verstellung kann eine einfache Tragkraftverstellung realisiert werden. Durch die Möglichkeit der Tragkraftverstellung kann die erfindungsgemäße Trageinrichtung leicht an unterschiedliche Traglasten, d. h. an unterschiedlich schwere Türflügel der erfindungsge mäßen Schiebetür, angepasst werden, ohne dass konstruktive Änderungen oder ein Austausch von Elementen der Trageinrichtung erfolgen müssen. Durch dieses Merkmal können die Trageinrichtungen der erfindungsgemäßen Schiebetüren ohne Berücksichtigung der tatsächlichen späteren Verwendung ohne Unterschiede in Serie gefertigt werden, d. h. ohne einen bei der Fertigung erforderlichen Abgleich an das später zu tragende Gewicht. Das führt weiter dazu, dass nach der Erfindung eine besonders einfache und unkomplizierte Auslegung des Führungselementes ermöglicht wird, da dieses bei optimaler Einstellung der Tragkraft zum Gewährleisten des Abstandes zwischen der Magnetreihe und dem Tragelement keine Tragkräfte aufnehmen muss. Aus diesem Grund ist erfindungsgemäß bei einer nach dem anziehenden Kraftprinzip arbeitenden Lagerung eine sehr gute Leichtgängigkeit und geräuschlose Arbeitsweise gegeben, wobei aufgrund des eingesetzten Führungselementes, welches den bestimmten spaltförmigen Abstand zwischen den beiden Magnetreihen und der Spulenanordnung sowie den Tragschienen gewährleistet, trotz Ausnutzung eines instabilen Gleichgewichtszustandes keine elektrische oder elektronische Regeleinrichtung vorgesehen zu werden braucht. 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 der Spulenkerne der Spulenanordnung.

Bei der erfindungsgemäßen Trageinrichtung ist die Magnetreihe vorzugsweise parallel zur Tragrichtung und quer zur Antriebsrichtung magnetisiert.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist alternativ oder zusätzlich vorzugsweise das Führungselement an dem Tragschlitten befestigt und wirkt gegen ein das magnetische Trag- und An triebssystem aufnehmendes Gehäuse, um eine bestimmte vertikale Position des Tragschlittens in Tragrichtung in Bezug auf das Gehäuse zu gewährleisten und durch die Tragkraft-Einstellvorrichtung die relative Lage der an dem Gehäuse befestigten Spulenkerne bzw. Polschuhe zu der an dem Tragschlitten befestigten Magnetreihe einstellbar, d. h. in dieser ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist die Spulenanordnung ortsfest und die Magnetreihe ortsveränderlich angeordnet.

In dieser ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung besteht die Tragkraft-Einstellvorrichtung vorzugsweise aus wenigstens einer ersten Schraube, die die relative vertikale Lage der Spulenkerne bzw. Polschuhe zu dem Gehäuse einstellt und/oder aus wenigstens einer zweiten Schraube, die die relative vertikale Lage der Magnetreihe zu dem Tragschlitten einstellt. Durch eine solche mittels Schrauben gebildete Tragkraft-Einstellvorrichtung ist eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung der Erfindung realisiert, mittels der die zwischen der Magnetreihe und den Spulenkernen bzw. Polschuhen bestehende Spaltbreite und damit die Tragkraft sehr genau eingestellt werden kann.

Weiter umfasst die Tragkraft-Einstellvorrichtung in dieser ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung alternativ oder zusätzlich wenigstens ein erstes Abstandselement, das einen Abstand zwischen einem Boden des Gehäuses und den Spulenkernen bzw. Polschuhen und/oder wenigstens ein zweites Abstandselement, das einen Abstand zwischen einem Boden des Tragelementes und der Magnetreihe definiert. Mittels solcher Abstandselemente, die einen an bestimmte zu tragende Lasten angepassten Abstand definieren, kann leicht eine Montage unterschiedlichster Türflügel erfolgen, wobei trotz eines für alle Türflügel einheitlichen Trag- und Antriebssystemes eine optimale an individuelle Türflügel angepasste Einstellung gegeben ist.

In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist alternativ oder zusätzlich vorzugsweise das Führungselement an dem Tragschlitten befestigt und wirkt gegen ein das magnetische Trag und Antriebssystem aufnehmendes Gehäuse, um eine bestimmte vertikale Position des Tragschlittens in Tragrichtung in Bezug auf das Gehäuse zu gewährleisten, und durch die Tragkraft-Einstellvorrichtung die relative Lage der an dem Tragschlitten befestigten Magnetkerne bzw. Polschuhe zu der an dem Gehäuse befestigten Magnetreihe einstellbar. D. h. in dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung sind die Magnetreihe ortsfest und die Spulenanordnung ortsveränderlich angeordnet.

In dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung besteht die Tragkraft-Einstellvorrichtung vorzugsweise aus wenigstens einer ersten Schraube besteht, die die relative vertikale Lage der Magnetreihe zu dem Gehäuse einstellt, und/oder aus wenigstens einer zweiten Schraube, die die relative vertikale Lage der Spulenkerne bzw. Polschuhe zu dem Tragschlitten einstellt, um die oben in Bezug auf diese Ausgestaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung beschriebenen Vorteile zu erreichen.

Weiter umfasst die Tragkraft-Einstellvorrichtung in dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung alternativ oder zusätzlich wenigstens ein erstes Abstandselement, das einen Abstand zwischen einem Boden des Gehäuses und der Magnetreihe und/oder wenigstens ein zweites Abstandselement, das einen Abstand zwischen einem Boden des Tragelementes und der Spulenkerne bzw. Polschuhe definiert, um die oben in Bezug auf diese Ausgestaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung beschriebenen Vorteile zu erreichen.

Nach der Erfindung umfasst das Führungselement vorzugsweise alternativ oder zusätzlich wenigstens erste Rollen und zweite Rollen, die in einer jeweiligen in Seitenbereichen des Gehäuses vorgesehenen Nut laufen. Diese erfindungsgemäß vorgesehene Nut bewirkt gleichzeitig sowohl die erfindungsgemäße Gewährleistung des spaltförmigen Abstandes durch eine Begrenzung der Bewegung des Tragschlittens in negativer Tragrichtung, also nach oben, als auch weiter eine Verhinderung eines ungewollten Abfallens des Türflügels bei einem Überschreiten der durch die magnetische Trageinrichtung erzeugte Haltekraft durch eine Begrenzung der Bewegung des Tragschlittens in positiver Tragrichtung, also nach unten. Diese bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltung des Führungselementes ermöglicht es, dass die magnetischen Haltekräfte optimal eingestellt werden können, d. h. ein Türflügel gerade so schwebend gehalten wird, dass das Führungselement im Wesentlichen keine Tragkräfte aufnehmen muss, wobei den Sicherheitsbestimmungen genüge getan ist, da der Türflügel auch bei einer zusätzlich zur Erdanziehungskraft nach unten wirkenden Kraft nicht abfallen kann. Durch die Ausgestaltung mittels eines mit Rollen versehenen Führungselementes ist eine leichte Verschiebung des Türflügels auch in diesem Fall möglich.

Die bevorzugten Rollen können aber nach der Erfindung auch durch Wälz- oder Gleitkörper ersetzt werden. Durch diese Ausgestaltungen können weiter bei Verwendung von bestimmten Materialien, z. B. Kunststoff, die Laufruhe der Schiebetür verbessert und Wartungen des Führungselementes auf ein Minimum reduziert werden, da bei einer entsprechenden Anpassung der Elemente des Führungselementes eine Geräuschbildung und ein Verschleiß minimiert werden können.

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

Das erfindungsgemäße Antriebssystem oder kombinierte Trag- und Antriebssystem wird zum Antrieb mindestens eines Türflügels einer Schiebetür eingesetzt, die vorzugsweise als Bogenschiebetür oder Horizontal-Schiebewand ausgebildet ist. Es kann neben diesem Einsatz auch zum Antrieb von Torflügeln oder in Zuführeinrichtungen, Handlingseinrichtungen oder Transportsystemen eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nun anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Dabei zeigen:
1: Eine Längsschnittdarstellung des erfindungsgemäß prinzipiell verwendeten kombinierten Trag- und Antriebssystemes,
2: eine elektrische Verschaltung der Spulen der Linear-Antriebseinheit des in 1 gezeigten kombinierten Trag- und Antriebssystemes,
3: ein Diagramm zur Erläuterung einer ersten Möglichkeit des Spannungsverlaufes an den wie in 2 gezeigt verschalteten Spulen des erfindungsgemäß verwendeten Antriebssystemes,
4: ein Diagramm zur Erläuterung einer zweiten Möglichkeit des Spannungsverlaufes an den wie in 2 gezeigt verschalteten Spulen des erfindungsgemäß verwendeten Antriebssystemes,
5: ein Diagramm zur Erläuterung einer dritten Möglichkeit des Spannungsverlaufes an den wie in 2 gezeigt verschalteten Spulen des erfindungsgemäß verwendeten Antriebssystemes,
6: Querschnittsdarstellungen einer Schiebetür nach bevorzugten Ausführungsformen nach der Erfindung und
7: Querschnittsdarstellungen einer Schiebetür nach weiteren bevorzugten Ausführungsformen nach der Erfindung.
Die 1 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung von zwei Antriebssegmenten eines erfindungsgemäß bevorzugt verwendeten Antriebssystemes, hier als kombiniertes magnetisches Trag- und Antriebssystem, in einem Längsschnitt, bei der der erfindungsgemäß verwendete magnetische Linearantrieb auf die Magnetreihe 1 wirkt, die an einem Tragschlitten 4 befestigt ist, welcher einen Türflügel 5 hält. Die Magnetreihe 1 weist jeweils abwechselnd polarisierte Einzelmagnete auf. In Tragrichtung oberhalb der Magnetreihe 1 sind mit einem bestimmten spaltförmigen Abstand Spulen 7 so angeordnet, dass sich ein jeweiliger Spulenkern 12 in Trag richtung, d. h. z-Richtung, erstreckt. Die Spulenkerne 12 stehen in anziehender Kraftwirkung mit der Magnetreihe 1 und halten somit den Türflügel 5.
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 2 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 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).
2 zeigt die Verschaltung der Spulen der in 1 gezeigten beiden Antriebssegmente der erfindungsgemäß bevorzugt 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 Magnetkern 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 Spulenkern 12b liegende dritte Spule 7c mit Spulenkern 12c ist zwischen die dritte Phase und die erste Phase geschaltet. Neben einem solchen Antriebssegment der Linear-Antriebseinheit liegende Antriebssegmente der Linear-Antriebseinheit sind in gleicher Weise an die drei Phasen des Drehstromsystemes angeschlossen.
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 3 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 2 gezeigt, ist eine Beziehung gegeben, bei der die erste Spule 7a mit Magnetkern 12a zwischen einer 0°-Phasenlage und einer 120°-Phasenlage, die zweite Spule 7b mit Magnetkern 12b zwischen einer 120°-Phasenlage und einer 240°-Phasenlage und die dritte Spule 7c mit Magnetkern 12c zwischen einer 240°-Phasenlage und einer 360°-Phasenlage liegen. Bei Drehstrombetrieb drehen sich nun die Zeiger dieser Spulen entsprechend der Wechselfrequenz des Drehstromes 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 Phasendiagrammes 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 Magnete 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 Statorspulen wieder in Ausgangsposition, vergleichbar mit einer 360°-Umdrehung des Rotors eines zweipoligen Gleichstrommotors.
Für die elektrische Interpretation des Phasendiagrammes 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 3 aufweist, kann aus Kostengründen auch eine Steuerung mit Rechteck-Charakteristik eingesetzt werden. In einem entsprechenden Phasendiagramm, das in 4 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-Ansteuerung 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 5 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 6 zeigt Querschnitte von Trag- und Antriebseinrichtungen einer Schiebetür nach bevorzugten Ausführungsformen nach der Erfindung.
Die 6a) zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung. Ein prinzipiell U-förmiges Gehäuse 6 weist einen Boden 16 und zwei senkrecht auf diesem stehende Seitenbereiche 17 auf, die jeweils Aussparungen 26 aufweisen, in denen an dem Tragschlitten 4 befestigte vertikale Führungsrollen 25 laufen. Die vertikalen Führungsrollen 25 und die Aussparungen 26 bilden das erfindungsgemäße Führungselement 3. Es ist festzustellen, dass die sich in den Aussparungen 26 bewegenden vertikalen Führungsrollen 25 während des Betriebes bei einer idealen Einstellung der Tragkraft weder die durch die Aussparungen 26 erzeugte Begrenzung in negative Tragrichtung noch die durch diese erzeugte Begrenzung in positive Tragrichtung benötigen.
Der Boden 16 weist eine Einfräsung 15 auf, in der eine weichmagnetische Rückflussschiene 18 angeordnet ist, an der die Spulenkerne 12 befestigt sind, auf denen sich die Spulenwicklungen 7 befinden. Die Spulenkerne 12 und weichmagnetische die Rückflussschiene 18 können integral ausgebildet sein.
Innerhalb des hier U-förmigen Tragschlittens 4, an dessen Seitenbereichen 14 die vertikalen Führungsrollen 25 befestigt sind, ist die an einer Befestigungsschiene 21 befestigte Magnetreihe 1 angeordnet, wobei die Befestigungsschiene 21 mittels durch einen Boden 13 des Tragschlittens 4 geführten Einstellschrauben 20 an dem Tragschlitten 4 gehalten werden.
Die Einstellschrauben 20 bestimmen gleichzeitig die vertikale Position der Magnetreihe 1 innerhalb des Tragschlittens 4 und damit auch den spaltförmigen Abstand a zwischen Magnetreihe 1 und Spulenkernen 12. Ein sich zwischen dem Boden 13 des Tragschlittens 4 und der Befestigungsschiene 21 ergebender Abstand b ist wie ein Abstand a proportional zu der Tragkraft. In dieser ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Tragkraft also über die Einstellung des spaltförmigen Abstands a einstellbar, der der Beziehung a + b = konstant genügt.
In 6b) ist gezeigt, dass der Abstand b durch Abstandselemente 22 ausgefüllt ist. Diese z. B. während der Montage eingesetzten Abstandselemente 22 können durch ihre Höhe, die den Abstand b definiert, somit die Tragkraft definieren. So können mit jedem Türflügel 5 korrespondierende Abstandselemente 22 ausgeliefert werden, durch die die Tragkraft eines universellen erfindungsgemäßen Trag- und Antriebssystemes durch Einschieben der Abstandselemente 22 zwischen Befestigungsschiene 21 und Boden 13 des Tragschlittens und anschließendes Festschrauben der Einstellschraube 20 an diesen angepasst werden kann.
Die 6c) zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung, die hinsichtlich der in den 6a) und 6b) gezeigten Ausführungsform dahingehend abgewandelt ist, dass auch die vertikale Position der weichmagnetischen Rückflussschiene 18 mittels Einstellschrauben 19 einstellbar ist, also ein Abstand c zwischen dem Boden 16 bzw. einem Boden der sich in dem Boden 16 befindlichen Ausfräsung 15 und der weichmagnetischen Rückflussschiene 18. In dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Tragkraft also über die Einstellung des spaltförmigen Abstands a einstellbar, der der Beziehung a + b + c = konstant genügt.
Die 6d) zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung, die hinsichtlich der in der 6c) gezeigten Ausführungsform dahingehend abgewandelt ist, dass nur die vertikale Position der weichmagnetischen Rückflussschiene 18 mittels Einstellschrauben 19 einstellbar ist, also dem Abstand c zwischen dem Boden 16 bzw. einem Boden der sich in dem Boden 16 befindlichen Ausfräsung 15 und der weichmagnetischen Rückflussschiene 18. In dieser dritten bevorzugten Ausführungsform ist die Tragkraft also über die Einstellung des spaltförmigen Abstands a einstellbar, der der Beziehung a + c = konstant genügt.
Die 7 zeigt Querschnitte einer ersten und einer zweiten Weiterbildung einer Trag- und Antriebseinrichtung einer Schiebetür nach der ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung.
Im Unterschied zu den in 6 gezeigten Ausführungsformen der Erfindung sind hier die Aussparungen 26 nicht in vertikaler Richtung unterhalb der Spulen 7 und Spulenkerne 12 angeordnet, sondern daneben, weswegen der Tragschlitten 4 so ausgestaltet ist, dass nicht nur die an diesem befestigte Magnetreihe 1 innerhalb seiner Seitenbereiche 14 angeordnet ist, sondern auch Teile der an dem Gehäuse 6 befestigten Spulen 7 und Spulenkern 12. Hierdurch ergibt sich eine breitere und flachere Bauweise. Weiter sind die Aussparungen 26 mit Laufflächen 23 versehen, die so ausgestaltet sind, dass ein ggf. erforderliches Abrollen der vertikalen Führungsrollen 25 geräuschärmer erfolgt.
Weiter ist um das Gehäuse 6 eine Verkleidung 28 vorgesehen, innerhalb der auch eine Schaltungsanordnung 27 zur Ansteuerung der Linear-Antriebseinheit aufgenommen ist.
In der in 7a) gezeigten ersten Weiterbildung einer Trag- und Antriebseinrichtung einer Schiebetür nach der ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist die Befestigungsschiene 21 als U-förmiges Profil ausgebildet, das in den oberen Bereich eines ein Hauptelement des Tragschlittens bildenden H-Profiles 4a eingesetzt ist, dessen Seitenbereiche 14 unterhalb des Bodens 16 des oberen Anschnittes nach außen versetzt sind, d. h. in Richtung der an den oberen Seitenbereichen 14 befestigten vertikalen Führungsrollen 25 (unter denen die nach außen versetzten unteren Seitenbereiche 14 liegen). Unterhalb der nach außen versetzten unteren Seitenbereiche 14 befinden sich Vorsprünge 17a 17b der Seitenbereiche 17 des Gehäuses 6, die eine Sichtblende in den Innenbereich des erfindungsgemäßen Trag- und Antriebssystemes bilden. Die Befestigungsschiene 21 ist mittels einer Einstellschraube an dem Boden des oberen Bereiches des den Tragschlitten bildenden N-Profiles befestigt. An den unteren Seitenbereichen 14 ist ein ein Befestigungselement des Tragschlittens bildendes U-Profil 4b befestigt, an dem der Türflügel 5 aufgehängt ist.
In der in 7b) gezeigten zweiten Weiterbildung einer Trag- und Antriebseinrichtung einer Schiebetür nach der ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist im Unterschied zu deren erster Weiterbildung der Tragschlitten als zwei ineinander liegende U-Profile 4c, 4d ausgebildet, wobei die als U-förmiges Profil ausgebildete Befestigungsschiene 21 mittels Einstellschrauben 20 innerhalb des inneren U-Profiles 4c an dessen Boden 13 befestigt ist, an dessen Seitenbereichen 14 die vertikalen Führungsrollen 25 befestigt sind und das ebenfalls an dessen Seitenbereichen 14 befestigte äußere U-Profil 4d den Türflügel 5 trägt.
In allen gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen können natürlich auch die Magnetreihe 1 an dem Gehäuse 6 und die aus Spulen 7, Spulenkernen 12 und ggf. einer weichmagnetischen Rückflussschiene 18 bestehende Spuleneinheit an dem Tragschlitten 4 befestigt sein.

1: Magnetreihe
3: Führungselement
4, 4a-d: Tragschlitten
5: Türflügel
6: Gehäuse
7, 7a-c: Spule
12, 12a-d: Spulenkern
13: Boden des Tragschlittens
14: Seitenbereich des Tragschlittens
15: Einfräsung
16: Boden des Gehäuses
17: Seitenbereich des Gehäuses
17a, 17b: Vorsprünge
18: weichmagnetische Rückflussschiene
19: erste Einstellschraube
20: zweite Einstellschraube
21: Befestigungsschiene
22: Abstandselement
23: Laufflächen
25: vertikale Rolle
26: Aussparung
27: Schaltungsanordnung
28: Verkleidung
b: Abstand
a: Abstand
c: Abstand
z: Tragrichtung
x: Antriebsrichtung

Claims

Schiebetür mit einem magnetischen Trag- und Antriebssystem für mindestens einen Türflügel (5), mit einer in Antriebsrichtung angeordneten Magnetreihe (1), deren Magnetisierung in ihrer Längsrichtung in bestimmten Abständen das Vorzeichen wechselt, einer aus mehreren Einzelspulen (7) und Spulenkernen (12) bestehende Spulenanordnung, die bei entsprechender Ansteuerung der Einzelspulen (7a-7c) eine Wechselwirkung mit der Magnetreihe (1) bewirkt, die Vorschubkräfte hervorruft, wobei die Spulenkerne (12) oder an diesen anliegende Polschuhe in anziehender Kraftwirkung mit der Magnetreihe (1) stehen, einem Führungselement (25), das einen bestimmten spaltförmigen Abstand (a) zwischen der Magnetreihe (1) und den Spulenkernen (12) bzw. den Polschuhen gewährleistet, einem Tragschlitten (4), an dem der Türflügel (5) befestigt werden kann und einer Tragkraft-Einstellvorrichtung (19, 20) mittels der der bestimmte spaltförmige Abstand (a) eingestellt werden kann.
Schiebetür nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetreihe (1) parallel zur Tragrichtung (z) und quer zur Antriebsrichtung (x) magnetisiert ist.
Schiebetür nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (25) an dem Tragschlitten (4) befestigt ist und gegen ein das magnetische Trag- und Antriebssystem aufnehmendes Gehäuse (6) wirkt, um eine bestimmte vertikale Position des Tragschlittens (4) in Tragrichtung (z) in Bezug auf das Gehäuse (6) zu gewährleisten, und durch die Tragkraft-Einstellvorrichtung (19, 20) die relative Lage der an dem Gehäuse (6) befestigten Spulenkerne (12) bzw. Polschuhe zu der an dem Tragschlitten (4) befestigten Magnetreihe (1) einstellbar ist.
Schiebetür nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragkraft-Einstellvorrichtung aus wenigstens einer ersten Schraube (19) besteht, die die relative vertikale Lage der Spulenkerne (12) bzw. Polschuhe zu dem Gehäuse (6) einstellt und/oder aus wenigstens einer zweiten Schraube (20) besteht, die die relative vertikale Lage der Magnetreihe (1) zu dem Tragschlitten (4) einstellt.
Schiebetür nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragkraft-Einstellvorrichtung wenigstens ein erstes Abstandselement (22), das einen Abstand zwischen einem Boden (16) des Gehäuses (6) und den Spulenkernen (12) bzw. Polschuhen und/oder wenigstens ein zweites Abstandselement umfasst, das einen Abstand zwischen einem Boden (13) des Tragelementes (4) und der Magnetreihe (1) definiert.
Schiebetür nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (25) an dem Tragschlitten (4) befestigt ist und gegen ein das magnetische Trag- und Antriebssystem aufnehmendes Gehäuse (6) wirkt, um eine bestimmte vertikale Position des Tragschlittens (4) in Tragrichtung (z) in Bezug auf das Gehäuse (6) zu gewährleisten und durch die Tragkraft-Einstellvorrichtung (19, 20) die relative Lage der an dem Tragschlitten (4) befestigten Magnetkerne (12) bzw. Polschuhe zu der an dem Gehäuse (6) befestigten Magnetreihe (1) einstellt.
Schiebetür nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragkraft-Einstellvorrichtung aus wenigstens einer ersten Schraube (19) besteht, die die relative vertikale Lage der Magnetreihe (1) zu dem Gehäuse (6) einstellt und/oder aus wenigstens einer zweiten Schraube (20) besteht, die die relative vertikale Lage der Spulenkerne (12) bzw. Polschuhe zu dem Tragschlitten (4) einstellt.
Schiebetür nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragkraft-Einstellvorrichtung wenigstens ein erstes Abstandselement (22), das einen Abstand zwischen einem Boden des Gehäuses (6) und der Magnetreihe (1) und/oder wenigstens ein zweites Abstandselement umfasst, das einen Abstand zwischen dem Boden (13) des Tragelementes (4) und der Spulenkerne (12) bzw. Polschuhe (19) definiert.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (3) wenigstens erste Rollen (25) und zweite Rollen (25) umfasst, die in einer jeweiligen in Seitenbereichen (17) des Gehäuses (6) vorgesehenen Nut (26) laufen.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetreihe (1) aus einem oder mehreren Hochleistungsmagneten, vorzugsweise Seltenerden-Hochleistungsmagneten, weiter vorzugsweise vom Typ NeFeB oder Sm₂Co bestehen.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebetür als Bogenschiebetür oder Horizontal-Schiebewand ausgebildet ist.