DE102004050342B4

DE102004050342B4 - Schiebetür mit einem kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystem mit einer Magnetreihe

Info

Publication number: DE102004050342B4
Application number: DE200410050342
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: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2024-10-18
Also published as: DE102004050342A1

Abstract

Schiebetür mit einem kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystem für mindestens einen Türflügel (5), mit einer permanent erregten magnetischen Trageinrichtung, die mindestens eine in Antriebsrichtung in bestimmten Abständen abwechselnd polarisiert magnetisierte Magnetreihe (1, 1e, 1f), mindestens ein in anziehender Kraftwirkung mit mindestens einer der mindestens einen Magnetreihe (1, 1e, 1f) stehendes weich- oder hartmagnetisches Tragelement (2) und ein Führungselement (3) aufweist, das einen bestimmten spaltförmigen Abstand zwischen der mindestens einen Magnetreihe (1, 1e, 1f) und dem Tragelement (2) gewährleistet, und einer Linear-Antriebseinheit, die mindestens eine aus mehreren Einzelspulen (7) bestehende Spulenanordnung (7) aufweist, die bei entsprechender Ansteuerung der Einzelspulen (7) eine Wechselwirkung mit der mindestens einen Magnetreihe (1, 1e, 1f) bewirkt, welche Wechselwirkung Vorschubkräfte hervorruft, wobei das Tragelement (2) mindestens eine Tragschiene (2a–d, 2n, 2p, 28) aufweist, die mit einem ersten bestimmten Abstand zu einer ersten Seite einer der mindestens einen Magnetreihe (1, 1e, 1f) angeordnet ist, und die Spulenanordnung...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schiebetür mit einem kombinierten magnetisches Trag- und Antriebssystem für wenigstens einen Türflügel, mit einer magnetischen Trageinrichtung und einer Linear-Antriebseinheit mit mindestens einer Magnetreihe, insbesondere für eine automatisch betriebene Tür. 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 verteuert eine solche Schiebetürführung 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 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 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 dauer magnetische Teilsättigung, die zum Schwebe- und Tragezustand führt, mit einbezogen.

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 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 eine Einstellung der Trageigenschaften die Antriebseigenschaften beeinflusst und umgekehrt. Hierdurch ist eine Einstellung und Auslegung kompliziert und aufwendig, was zu hohen Herstellungskosten führt.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Schiebetür mit einem kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystem mit einer permanent erregten magnetischen Trageinrichtung und einer Linear-Antriebseinheit mit mindestens einer Magnetreihe zu schaffen, wobei 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 Patentanspruchs 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Schiebetür, mit einem kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystem, für wenigstens einen Türflügel umfasst eine magnetische Trageinrichtung, die mindestens eine in Antriebsrichtung in bestimmten Abständen abwechselnd polarisiert magnetisierte Magnetreihe, mindestens ein in anziehender Kraftwirkung mit mindestens einer der mindestens einen Magnetreihe stehendes weich- oder hartmagnetisches Tragelement, d. h. ein Element mit geringer bzw. hoher Koerzivität, und ein Führungselement aufweist, das einen bestimmten spaltförmigen Abstand zwischen der mindestens einen Magnetreihe und dem Tragelement gewährleistet, und eine Linear-Antriebseinheit, die mindestens eine aus mehreren Einzelspulen bestehende Spulenanordnung aufweist, die bei entsprechender Ansteuerung der Einzelspulen eine Wechselwirkung mit der mindestens einen Magnetreihe bewirkt, welche Wechselwirkung Vorschubkräfte hervorruft. Die erfindungsgemäße Schiebetür 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 die Herstellungskosten gesenkt und der benötigte Bauraum verringert.

Bei dem erfindungsgemäß verwendeten kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystem weist das Tragelement mindestens eine Tragschiene auf, die mit einem ersten bestimmten Abstand zu einer ersten Seite der mindestens einen Magnetreihe angeordnet ist, wobei die Spulenanordnung in einem zweiten bestimmten Abstand zu einer der ersten Seite der Magnetreihe gegenüberliegenden zweiten Seite der Magnetreihe angeordnet ist. Eine solche getrennte Zuordnung der beiden Hauptfunktionen "Vorschub Erzeugen" und "magnetisch Lagern" zu den 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 gestattet 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.

Bei dem erfindungsgemäß verwendeten kombinierten magnetischen Trag- und 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 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 Führungs elementes, 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 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.

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 natür lich immer zusammen mit dem Tragelement der Trageinrichtung ortsfest bzw. ortsveränderlich angeordnet.

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 Seltenenerden-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 der erfindungsgemäß verwendeten Linear-Antriebseinheit ist ein Raster der Einzelspulen der Spulenanordnung vorzugsweise unterschiedlich zu den bestimmten Abständen der abwechselnden Polarisierung der mindestens einen Magnetreihe ausgeführt. Hierdurch wird ein besonders einfaches Anfahren des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes aus dem Stillstand sowie die Möglichkeit ei ner besonders gleichförmigen Bewegung ermöglicht; sogenannte Kippbewegungen der Flügel werden vermieden.

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

Die Erfindung wird nun anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Dabei zeigen:
1: einen Querschnitt einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäß 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 Schnittdarstellung einer Draufsicht einer ersten Ausgestaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes mit einer permanent erregten magnetischen Trageinrichtung gemäß deren erster bevorzugter Ausführungsform,
6: eine elektrische Verschaltung der Spulen der Linear-Antriebseinheit des in 5 gezeigten kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes,
7: ein Diagramm zur Erläuterung einer ersten Möglichkeit des Spannungsverlaufes an den wie in 6 gezeigt verschalteten Spulen der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes,
8: ein Diagramm zur Erläuterung einer zweiten Möglichkeit des Spannungsverlaufes an den wie in 6 gezeigt verschalteten Spulen der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes,
9: ein Diagramm zur Erläuterung einer dritten Möglichkeit des Spannungsverlaufes an den wie in 6 gezeigt verschalteten Spulen der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes,
10: eine Schnittdarstellung einer Draufsicht einer zweiten Ausgestaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes mit einer permanent erregten magnetischen Trageinrichtung gemäß deren erster bevorzugter Ausführungsform,
11: einen Querschnitt einer ersten Ausgestaltung der in 5 gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes mit einer permanent erregten magnetischen Trageinrichtung gemäß deren erster bevorzugter Ausführungsform,
12: einen Querschnitt einer dritten Ausgestaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes mit einer permanent erregten magnetischen Trageinrichtung gemäß deren erster bevorzugter Ausführungsform,
13: einen Querschnitt einer ersten Ausgestaltung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes mit einer permanent erregten magnetischen Trageinrichtung in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
14: einen Querschnitt einer zweiten Ausgestaltung der zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes mit ei ner permanent erregten magnetischen Trageinrichtung gemäß deren zweiter bevorzugter Ausführungsform,
15: eine dritte Ausgestaltung der zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes mit einer permanent erregten magnetischen Trageinrichtung gemäß deren zweiter bevorzugter Ausführungsform,
16: einen Querschnitt einer ersten Ausgestaltung einer dritten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes mit einer permanent erregten magnetischen Trageinrichtung in einer dritten bevorzugten Ausführungsform, und
17: einen Querschnitt einer zweiten Ausgestaltung der dritten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes mit einer permanent erregten magnetischen Trageinrichtung gemäß deren dritter bevorzugter Ausführungsform.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäß verwendeten magnetischen Trageinrichtung im Querschnitt. Zur Erläuterung ist ein Koordinatensystem eingezeichnet, bei dem die senkrecht zur Papierebene verlaufende x-Richtung eine Fahrtrichtung eines an der erfindungsgemäß verwendeten Trageinrichtung aufgehängten Türflügels 5 darstellt. Die Richtung der auf die magnetische Trageinrichtung wirkenden Querkräfte ist die y-Richtung, und die durch das Gewicht der aufgehängten Türflügels 5 bedingte vertikale Magnetauslenkung nach unten ist in z-Richtung eingezeichnet.
Eine an einem Tragschlitten 4 befestigte Magnetreihe 1 wird durch ein an dem Tragschlitten 4 vorgesehenes mechanisches Führungselement 3, das mit einem Gehäuse 6 der Trageinrichtung zusammenwirkt, in horizontaler Richtung zentriert zwischen einer weichmagnetischen Tragschiene 2a, die das Tragelement 2 bildet, und Spulenkernen 12 von Einzelspulen 7 der Linear-Antriebseinheit, deren Spulen zur Vereinfachung nicht gezeigt sind, zwangsgeführt, während sie in vertikaler Richtung und in Fahrtrichtung des Türflügels 5 frei verschiebbar ist. Durch die so erzwungene Position können die in y-Richtung an den Magneten 1a, 1b, 1c, 1d angreifenden Querkräfte vorzugsweise so eingestellt werden (z. B. über Spaltbreiten zwischen der Magnetreihe 1 und der Tragschiene 2a bzw. der Spulenkerne 12 und/oder deren Material), dass diese sich weitgehend aufheben. 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 der Tragschiene 2a des Tragelementes 2 sowie den Spulenkernen 12, 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 der Tragschiene 2a sowie den Spulenkernen 12 wirkenden magnetischen Anziehungskräfte, wobei nur der Teil der Magnete 1a, 1b, 1c, 1d, der zwischen der Tragschiene 2a und den Spulenkernen 12 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 der Tragschiene und den Spulenkernen 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 2a und den Spulenkernen 12 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 Tragschiene 2a sowie die Magnetkerne 12 aufnehmende und eine horizontale Führung für das Führungselement 3 bietende Gehäuse 6 gleichzeitig zwei jeweils an seine 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 der Tragschiene 2a sowie den Magnetkernen 12, bedingt durch die auf die Magnetreihe 1 wirkende Gewichtskraft F_g und die betragsgleiche, in entgegengesetzte Richtung wirkende magnetische Tragkraft F(z), einstellen kann.
Bei strenger magnetischer Symmetrie zwischen der Magnetreihe 1 und der Tragschiene 2a sowie den Magnetkernen 12 der beschriebenen magnetischen Trageinrichtung, die sowohl von der Anordnung der Trageinrichtung und der Linear-Antriebseinheit 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 Lage, so stellt sich aufgrund unterschiedlich starker Anziehungskräfte zu der Tragschiene 2a sowie den Magnetkernen 12 eine auf die Magnetreihe wirkende Querkraft F(y) ein.
Die 3 zeigt für eine Spaltbreite von –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 über die gesamte Querkraftkennlinie, d. h. auch im Null-Punkt des Koordinatensystemes, der zur "magnetischen Mittellage" der Magnetreihe 1 zwischen der Tragschiene 2a sowie den Magnetkernen 12 korrespondiert, ein instabiles Kräftegleichgewicht vorliegt. In allen anderen Punkten des Koordinatensystemes herrscht eine resultierende Querkraft F(y).
Da in der "magnetischen 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 zwischen der Tragschiene 2a sowie den Magnetkernen 12 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 2a sowie der Magnetkerne 12 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 weichmagnetische Tragschiene 2a sowie die Magnetkerne 12 im Gleichgewichtszustand, in dem die magnetische Rückstellkraft F(z) betragsgleich der durch Belas tung 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 gezeigten Trageinrichtung nach der ersten bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Es ist zu erkennen, dass die Magnetreihe 1 aus Einzelmagneten 1a, 1b, 1c, 1d besteht, die mit abwechselnder Magnetisierungsrichtung zwischen der seitlich angeordneten Tragschiene 2a sowie den Magnetkernen 12 angeordnet sind, die aus einem weichmagnetischen Material bestehen, z. B. aus Eisenwerkstoff. In dieser Ausführungsform, in der die Tragschiene 2a sowie die Magnetkerne 12 den feststehenden Teil der erfindungsgemäß verwendeten Trageinrichtung bilden, sind die Einzelmagnete 1a, 1b, 1c, 1d zur Bildung der Magnetreihe 1 an dem beweglichen Tragschlitten 4 befestigt und können zwischen den Schienen in x- und z-Richtung verschoben werden. Bei einer vertikalen Verschiebung, d. h. einer Verschiebung in z-Richtung, um einen kleinen Weg, ca. 3–5 mm, aus der Null-Lage, d. h. der geometrischen Symmetrielage, ergibt sich, bedingt durch die Verwendung äußerst starker Dauermagnete, z. B. aus NeFeB, eine erhebliche Rückstellkraft, die zum Tragen eines Schiebetürflügels 5 mit einem Gewicht von ca. 80 kg/m geeignet ist. In der in 4 gezeigten Anordnung, bei der die Dauermagnete 1a, 1b, 1c, 1d mit abwechselnder Magnetisierungsrichtung zwischen der Tragschiene 2a sowie den Magnetkernen 12 angeordnet sind, wirkt sich der Feldschluss durch die Tragschiene 2a bei wechselseitiger Magnetisierungsrichtung der nebeneinander angeordneten Magnete positiv verstärkend aus.
Die 5 zeigt zwei Antriebssegmente einer ersten Ausgestaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinier ten magnetischen Trag- und Antriebssystemes in einer geschnittenen Aufsicht, bei der der erfindungsgemäß verwendete magnetische Linearantrieb auf die Magnetreihe 1 wirkt, die an einem nicht gezeigten Tragschlitten 4 befestigt ist. Die Magnetreihe 1 weist abwechselnd polarisierte Einzelmagnete auf. Neben der Magnetreihe 1 sind Spulen 7 so angeordnet, dass sich ein jeweiliger Spulenkern 12 in Querrichtung, d. h. y-Richtung, erstreckt. Auf der den Spulen 7 mit Spulenkernen 12 abgewandten Seite der Magnetreihe 1 befindet sich die Tragschiene 2a.
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 5 gezeigt ist, sehr preisgünstig aufzubauen.
Hierbei besteht ein jeweiliges Antriebssegment der Linear-Antriebseinheit aus drei Spulen 7, 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 die Länge eines Magneten L_Magnet + Länge einer Lücke L_Lücke = Magnetraster R_M = 3/4 Längeneinheit (= 3/4 R_S) ergibt.
6 zeigt die Verschaltung der Spulen der in 5 gezeigten beiden Antriebssegmente der erfindungsgemäß verwendeten Linear-Antriebseinheit. Hier ist eine erste Spule 7a mit einem ersten Magnetkern 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. Eine in positiver Antriebsrichtung, d. h. +x-Richtung, neben der ersten Spule 7a mit Magnetkern 12a liegende zweite Spule 7b mit Magnetkern 12b eines Antriebssegmentes der Linear-Antriebseinheit ist zwischen die zweite Phase und die dritte Phase geschaltet und eine in positiver Antriebsrichtung, d. h. +x-Richtung neben der zweiten Spule 7b mit Magnetkern 12b liegende dritte Spule 7c mit Magnetkern 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 7 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 Gegenuhrzeigersinn zu einer 90°-Phasenlage in dem Schnittpunkt des Kreises mit der negativen Abszisse, der das magnetische Potential des Südpols darstellt, einer 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 6 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 Drehstroms im Uhrzeigersinn, 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 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 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 7 aufweist, kann aus Kostengründen auch eine Steuerung mit Rechteck-Charakteristik eingesetzt werden. In einem entsprechenden Phasendiagramm, das in 8 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 9 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.
Weiter zeigt 10 zwei Antriebssegmente einer zweiten Ausgestaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes in einer geschnittenen Aufsicht, bei der der erfindungsgemäß verwendete magnetische Linearantrieb eine dreiphasige Spulenanordnung aufweist, wobei eine Magnetreihe 1 zwischen der Tragschiene 2 und einer Polschuhleiste 18 liegt, die jeweils alle auf einer Seite der Magnetreihe 1 liegenden Polschuhe 19 von Spulen der Linear-Antriebseinheit verbindet. Die Polschuhe 19 verlaufen hier von den Endflächen der sich in Antriebsrichtung, d. h. x-Richtung erstreckenden Spulenkerne 12 der Spulen 7 zu der Polschuhleiste 18, um einen besseren Magnetfeldschluss zu gewährleisten. Die auf einer Polseite der Einzelmagnete der Magnetreihe 1 angeordneten Spulen 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 An triebssegment aus einer der elektrischen Phasen entsprechenden Anzahl von zusammen angesteuerten Spulen bzw. Spulenpaaren besteht.
Das Phasendiagramm dieser Anordnung entspricht dem der zuvor beschriebenen Anordnung, bei dem die im Phasendiagramm durch Pfeile dargestellten Spulen 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 8 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 dem in 9 gezeigten Zustand, lässt sich eine Ansteuerung mit einer Schrittweite von 30° realisieren. Hierbei können zwei Phasen das gleiche Potential haben, sodass an zugehöriger Spule keine Spannungsdifferenz anliegt und kein Strom fließt. In jedem zweiten 30°-Schritt ist je weils 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. Die Magnethöhe, also die Abmessungen der Magnetreihe(n) 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 und/oder Spulenkerne 12 sollte möglichst groß sein, damit die Polschuhe bzw. Spulenkerne 12 mit den Magneten eine möglichst große Überdeckung erreichen, sodass 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 bzw. Polschuhen erreichen.
Horizontal erfolgt vorzugsweise eine Aufteilung in magnetisch getrennte Einzelsysteme, d. h. eine Seite der Magnetreihe(n) dient (überwiegend) der Tragfunktion, während die andere Seite (überwiegend) der Vortriebsfunktion dient, da ein Vorschub in der Bewegungsebene zeit- und ortsabhängig veränderliche Feldstärken und -richtungen bedingt (magnetische Wanderwelle) und magnetische Verbindungen der Spulenkerne oder Polschuhe untereinander zu magnetischem (Kurz-) Schluss und Leistungsverlusten führen.
Durch die erfindungsgemäße Trennung von dem dauermagnetischen Tragsystem und dem elektromagnetischen Linear-Antrieb in zwei Einzelsysteme können beste magnetische Eigenschaften der Trag-, Führungs- und Vorschub-Parameter gewählt werden.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes mit einer permanent erregten magnetischen Trageinrichtung und einer Linear-Antriebseinheit gezeigt, wobei beispielhaft ein Schiebetürantrieb beschrieben wird.
Hier besteht der Schiebetürantrieb aus mindestens einer magnetischen Trag-, Führungs- oder Entlastungseinrichtung, die das Türflügelgewicht ganz oder teilweise trägt. Die magnetische Trageinrichtung besteht aus mindestens einem, jedoch vorzugsweise einer oder mehreren Reihen von Dauermagneten, die entweder mit dem feststehenden Teil, dem Statorgehäuse, oder dem beweglichen Teil, dem Antriebstragschlitten, verbunden sind und in horizontaler Richtung quer zur Fahrtrichtung ausgerichtet sind. Die magnetische Trageinrichtung besteht weiter aus einem oder mehreren Tragprofilen oder Tragelementen, die jeweils gegenüber den Magneten am anderen Teil des Antriebes angebracht sind und zu einer seitlichen Polfläche der Dauermagnete einen vertikal ausgerichteten schmalen Luftspalt bilden, sodass mit steigender gewichtskraftbedingter Auslenkung ein Ansteigen der magnetischen Tragkraft hervorgerufen wird, wie zuvor beschrieben. Die Tragprofile/Schienen 2 oder Tragelemente bestehen vorzugsweise aus weichmagnetischen Werkstoffen.
Weiterhin besteht der Schiebetürantrieb aus mind. einer elektromagnetisch wirkenden Linear-Antriebseinheit, die aus den elektromagnetischen Spulen besteht und deren Achse bzw. Feldwirkung vorzugsweise horizontal ausgerichtet ist. Weiterhin wird die Anordnung so gestaltet, dass die von den Spulen erzeugten magnetischen Felder durch weichmagnetische Bauteile wie Spulenkerne, Polschuhe oder Profile geleitet werden, die ebenfalls jeweils gegenüber den Magneten am anderen Teil des Antriebs angebracht sind und zu der anderen seitlichen Polfläche der Dauermagneten einen vertikal ausgerichteten schmalen Luftspalt bilden, und zum Schließen des Magnetkreises an mindestens einer Stelle aus den weichmagnetischen Bauelementen austreten müssen. In diesem spaltförmigen Austrittsbereich befindet sich – wie beschrieben – zumindest ein Teil der mehrfach polarisierten oder mehreren Dauermagneten der magnetischen Trageinrichtung in einer Reihe. Diese sind so angeordnet, dass durch die von den Spulen erzeugten Magnetfelder auf die Dauermagnete eine nutzbare Vortrieb-Kraftwirkung erzielt wird.
Die Luftspalte zwischen Dauermagneten und Spulenkernen, Polschuhen oder Tragelementen werden durch folgende Eigenschaften charakterisiert:

– die Luftspalte befinden sich seitlich der Dauermagnete, zwischen den Magnet-Polflächen und weichmagnetischen Elementen wie Spulkernen, Polschuhen, Flussleitstücken, und Tragschienen;
– es existiert zu jeder der beiden Magnetseiten bzw. Polflächen mindestens ein Luftspalt;
– die an beiden Polflächen eines Magneten angreifenden Querkräfte wirken einander entgegen und heben sich bei günstiger Auslegung nahezu auf.

Die Trageinrichtung kann über mindestens ein mechanisches Führungselement 3 verfügen, das den seitlichen Abstand zwischen den Magneten und den weichmagnetischen Tragkörpern über die Fahrstrecke gewährleistet. Dieses Führungselement kann aus Rollen, Wälz- oder Gleitkörpern bestehen.
Es gibt mindestens eine Reihe von Magneten, von der eine Seite überwiegend dem Vortrieb und die andere Seite überwiegend der magnetischen Trag- und Entlastungsfunktion dient.
Die 11 zeigt einen Querschnitt der ersten Ausgestaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes, welches eine unsymmetrische Anordnung aufweist, bei der die Tragschiene 2a auf einer Seite der abwechselnd polarisierten Magnetreihe 1 angeordnet ist und der erste bestimmte spaltförmige Abstand zwischen der in einem Gehäuse 11 ortsfest gehaltenen Tragschiene 2a und der an dem Tragschlitten 4 befestigten Magnetreihe 1 durch an dem Tragschlitten 4 befestigte Rollen(anordnungen) 3 definiert wird, die oberhalb und unterhalb der Tragschiene 2a an einer Innenseite 8 des prinzipiell U-förmigen Gehäuses 11 laufen, an/in der auch die Tragschiene 2a angeordnet ist. An der der Tragschiene 2 abgewandten Seite der Magnetreihe 1 ist die ortsfest mit dem Gehäuse verbundene Linear-Antriebseinheit angeordnet, welche die Spulen 7 und die Spulenkerne 12 aufweist, wobei zwischen der Magnetreihe 1 und dem jeweiligen Spulenkern 12 der zweite bestimmte spaltförmige Abstand über eine weitere Rolle 3 definiert ist, die gegen eine Seitenwand 9 des Gehäuses 11 läuft, an der die Spulenanordnung 7, 12 des Linearantriebs befestigt ist. An der der Magnetreihe 1 abgewandten Seite der jeweiligen Spulenkerne 12 ist eine weichmagnetische Schiene 29 an der Seitenwand 9 angeordnet, um einen besseren Magnetfeldschluss zu gewährleisten.
Die 12 zeigt eine dritte Abwandlung der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäß kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes, bei welcher die Tragschiene 2a und die weichmagnetische Schiene 29 der ersten Ausgestaltung dieser ersten bevorzugten Ausführungsform durch ein prinzipiell U-förmiges Tragprofil 2n ersetzt sind, welches entlang einer Bodenfläche 13 und den beiden Seitenflächen 8, 9 des prinzipiell U-förmigen Gehäuses entlangläuft, wobei die gesamte der Magnetreihe 1 abgewandte Seite der Spulenanordnung der Linear-Antriebseinheit abgedeckt ist und ein der Magnetreihe 1 direkt gegenüberliegender Seitenbereich des Tragprofiles 2n zu der Magnetreihe 1 hin versetzt ausgestaltet ist. Weiter besteht das Führungselement 3 hier lediglich aus zwei in Tragrichtung gesehen unterhalb der Magnetreihe 1 angeordneten Rollenanordnungen, die jeweils gegen einen der beiden Seitenflächen 8, 9 des prinzipiell U-förmigen Gehäuses 11 laufen.
Die 13 zeigt eine erste Ausgestaltung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten Trag- und Antriebssystemes, welche eine symmetrische Anordnung aufweist. Die symmetrische Anordnung hat die Vorteile einer besseren und einfacheren Kompensation der Querkräfte und einer besseren Biege- und Verbindungssteifigkeit des Tragschlittens 4 gegenüber der unsymmetrischen Anordnung. Die in 13 gezeigte erste Ausgestaltung der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist prinzipiell ähnlich zu der in 11 gezeigten ersten Ausgestaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform, wobei hier an dem Tragschlitten 4 zwei Magnetreihen 1e, 1f angeordnet sind, zwischen denen die an dem inneren Bodenbereich 13 des prinzipiell U-förmigen Gehäuses 11 befestigte Linear-Antriebseinheit mit Spulen 7 und Spulenkernen 12 angeordnet ist. Weiter ist nicht lediglich eine an einem Seitenbereich des U-förmigen Gehäuses angeordnete Tragschiene, sondern je eine an beiden Seitenbereichen 8, 9 des U-förmigen Gehäu ses 11 angeordnete Tragschiene 2b, 2c vorhanden, die jeweils den den Spulenkernen 12 der Linear-Antriebseinheit abgewandten Seiten der Magnetreihen 1e, 1f mit dem ersten bestimmten spaltförmigen Abstand gegenüberstehen. Dieser wird ähnlich der in 12 gezeigten zweiten Ausgestaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäß kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes durch zwei Rollenanordnungen 3 definiert, die jeweils in Tragrichtung gesehen unterhalb der Magnetreihen 1e, 1f angeordnet sind und gegen eine der Seiten 8, 9 des U-förmigen Gehäuses laufen. Der zweite bestimmte spaltförmige Abstand zwischen den Spulenkernen 12 der Spulen 7 der Linear-Antriebseinheit ist durch den Abstand der beiden Magnetreihen 1e, 1f zueinander sowie die Ausdehnung der Spulenkerne 12 definiert, die zwischen den beiden Magnetreihen 1e, 1f angeordnet sind. Der Tragschlitten 4 ist dabei U-förmig ausgebildet.
Die 14 zeigt eine zweite Ausgestaltung der zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes, bei welcher gegenüber der in 13 gezeigten ersten Ausgestaltung dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform die beiden Tragschienen 2b, 2c durch ein prinzipiell U-förmiges Tragprofil 2d ersetzt sind, wodurch eine einfachere Befestigung des Tragelementes, also hier des Tragprofiles 2d, sowie eine bessere Verwindungssteifigkeit sowie ein besserer Magnetfeldschluss erreicht werden. Ansonsten ist der Aufbau mit der 13 identisch.
Die 15 zeigt eine dritte Ausgestaltung der zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes, welche gegenüber der in 14 gezeigten zweiten Ausgestaltung dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform dahingehend abgewandelt ist, dass die prinzipiell U-förmige Tragschiene 2d nach innen abgeknickte Enden 14 von Seitenbereichen 15 aufweist, die also zu den Magnetreihen 1e, 1f hin gerichtet sind. Hierdurch wird ein noch besserer Magnetfeldschluss und eine noch bessere Verwindungssteifigkeit sowie Einstellbarkeit der magnetischen Tragkraft erreicht. Das auch in dieser Ausführungsform vorhandene Führungselement, das wie in den obigen und nachfolgenden Ausführungsformen aus Anordnungen von Rollen, Wälz- oder Gleitkörpern bestehen kann, ist hier nicht gezeigt.
Die 16 zeigt einen Querschnitt einer ersten Ausgestaltung einer dritten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes, bei der wie in dessen zweiter Ausführungsform zwei parallelen Reihen von Dauermagneten 1e, 1f an dem Tragschlitten 4 befestigt sind, wobei sich zwischen diesen ein Tragschienenbereich 28 eines Tragschienenprofils 20 befindet, das an den jeweils diesem Tragschienenbereich abgewandeten Seiten der Magnetreihen 1e, 1f Spulenanordnungen der Linear-Antriebseinheit hält, deren Spulenkerne 12 sich senkrecht zu einer Fahrtrichtung und der Tragrichtung, also in y-Richtung, erstrecken. Das Tragschienenprofil 20 bildet hierbei quasi das Gehäuse 6. Das Führungselement besteht hier aus einer Rollenanordnung 3, deren Rollen an dem Tragschienbereich 28 in Tragrichtung gesehen unterhalb des Tragbereichs angeordnet sind und gegen eine Nut 16 des Tragprofiles 4 laufen, die sich zwischen den beiden parallelen Magnetreihen 1e, 1f befindet. Die Seitenbereiche der prinzipiell m-förmigen Tragschiene 20 erstrecken sich über die Spulenanordnungen der Linear-Antriebseinheit, damit ein besserer Magnetfeldschluss gewährleistet ist.
Die 17 zeigt einen Querschnitt einer zweiten Ausgestaltung dieser dritten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystemes, bei der sich die Spulen kerne 12 im Unterschied zu der in 16 gezeigten ersten Ausgestaltung dieser Ausführungsform in Fahrtrichtung erstrecken, d. h. in x-Richtung. Damit der zweite bestimmte spaltförmige Abstand zwischen den Spulenanordnungen und den jeweiligen diesen gegenüberliegenden Magnetreihen gewährleistet werden kann, sind die auch schon in 10 gezeigten und im Zusammenhang mit dieser beschriebenen Polschuhe 19 vorgesehen. Das Führungselement 3 besteht hier aus einem anstelle der Rollenanordnung der ersten Ausgestaltung der dritten bevorzugten Ausführungsform angeordneten Gleitkörperanordnung. Die Tragschiene 2p weist ebenfalls den Tragschienenbereich 28 zwischen den Magnetreihen 1e–1f auf.

1,1e,1f: Magnetreihe
1a–d: Magnet
2: Tragelement
2a–d,2n,2p: Tragschiene
3: Führungselement
4: Tragschlitten
5: Türflügel
6: Gehäuse
6a,6b: Vorsprung
7,7a–c: Spule
8: Innenseite
9: Seitenwand
11: Gehäuse
12,12a–c: Spulenkern
13: Bodenfläche
14: Enden
15: Seitenbereiche
16: Nut
18: Polschuhleiste
19: Polschuhe
20: Tragschienenprofil
28: Tragschienenbereich
29: weichmagnetische Schiene
R_S: Raster
L_Lücke: Länge einer Lücke
R_M: Magnetraster
L_Magnet: Länge eines Magneten
x: Antriebsrichtung
y: Tragrichtung
z: vertikale Richtung

Claims

Schiebetür mit einem kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystem für mindestens einen Türflügel (5), mit einer permanent erregten magnetischen Trageinrichtung, die mindestens eine in Antriebsrichtung in bestimmten Abständen abwechselnd polarisiert magnetisierte Magnetreihe (1, 1e, 1f), mindestens ein in anziehender Kraftwirkung mit mindestens einer der mindestens einen Magnetreihe (1, 1e, 1f) stehendes weich- oder hartmagnetisches Tragelement (2) und ein Führungselement (3) aufweist, das einen bestimmten spaltförmigen Abstand zwischen der mindestens einen Magnetreihe (1, 1e, 1f) und dem Tragelement (2) gewährleistet, und einer Linear-Antriebseinheit, die mindestens eine aus mehreren Einzelspulen (7) bestehende Spulenanordnung (7) aufweist, die bei entsprechender Ansteuerung der Einzelspulen (7) eine Wechselwirkung mit der mindestens einen Magnetreihe (1, 1e, 1f) bewirkt, welche Wechselwirkung Vorschubkräfte hervorruft, wobei das Tragelement (2) mindestens eine Tragschiene (2a–d, 2n, 2p, 28) aufweist, die mit einem ersten bestimmten Abstand zu einer ersten Seite einer der mindestens einen Magnetreihe (1, 1e, 1f) angeordnet ist, und die Spulenanordnung (7) in einem zweiten bestimmten Abstand zu einer der ersten Seite der Magnetreihe (1, 1e, 1f) gegenüberliegenden zweiten Seite der Magnetreihe (1, 1e, 1f) angeordnet ist.
Schiebetür nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Magnetreihe (1, 1e, 1f) quer zu einer Tragrichtung (Z) und zu einer Antriebsrichtung (X) magnetisiert ist.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Magnetreihe (1, 1e, 1f) aus einzelnen Dauermagneten (1a, 1b, 1c, 1d) besteht.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (2) und die Spulenanordnung (7) ortsfest und die mindestens eine erste Magnetreihe (1, 1e, 1f) ortsveränderlich angeordnet sind.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Tragschiene (2a–d, 2n, 2p, 28) und/oder die Spulenkerne (12, 12a–c) oder Polschuhe (19) der Einzelspulen (7) der Spulenanordnung bzw. Luftspalte derart gestaltet ist bzw. sind, dass Querkräfte (F(y)) kompensiert werden.
Schiebetür nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung, bestehend aus der mindestens eine Tragschiene (2a), der mindestens einen Magnetreihe (1, 1e, 1f) und den Einzelspulen (7), in einer Richtung quer zu einer Antriebsrichtung (X) und parallel zu einer Tragrichtung (Z) symmetrisch ist.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen 7 mit ihren Spulkernen (12) in unterschiedlichen relativen Positionen zu einem Raster der Magnetreihe (1, 1e, 1f) angeordnet sind.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (2) weichmagnetisch ist.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (3) Rollen, Wälz- und/oder Gleitkörper umfasst.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Magnetreihe (1, 1e, 1f) aus einem oder mehreren Hochleistungsmagneten besteht.
Schiebetür nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Hochleistungsmagneten Seltenenerd-Hochleistungsmagneten ist bzw. sind.
Schiebetür nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Seltenenerd-Hochleistungsmagneten vom Typ NeFeB oder Sm₂Co ist bzw. sind.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Raster der Einzelspulen (7) der Spulenanordnung unterschiedlich zu den bestimmten Abständen der abwechselnden Polarisierung der mindestens einen Magnetreihe (1, 1e, 1f) ist.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebetür als Bogenschiebetür oder Horizontal-Schiebewand ausgebildet ist.