DE102005002041A1

DE102005002041A1 - Schiebetür mit einem magnetischen Antriebssystem und einem mechanischen Hilfsantrieb

Info

Publication number: DE102005002041A1
Application number: DE200510002041
Authority: DE
Inventors: Sven Busch
Original assignee: Dorma Deutschland GmbH
Current assignee: Dorma Deutschland GmbH
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2006-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schiebetür mit einem magnetischen Antriebssystem für mindestens einen Türflügel, mit einer in Antriebsrichtung angeordneten Magnetreihe, deren Magnetisierung in ihrer Längsrichtung in bestimmten Abständen das Vorzeichen wechselt, und einem mit der Magnetreihe verbundenen Tragschlitten, an dem der Türflügel befestigt werden kann, sowie mit einer aus mehreren Einzelspulen und Spulenkernen bestehenden Spulenanordnung, die bei entsprechender Ansteuerung der Einzelspulen eine Wechselwirkung mit der Magnetreihe bewirkt, die Vorschubkräfte hervorruft, und einem mechanischen Hilfsantrieb, der einen mechanischen Energiespeicher aufweist, dem bei einem normalen Schließvorgang der Schiebetür Energie zugeführt wird, diese darin gespeichert wird und in einem Notfallbetrieb freigesetzt wird, wodurch sich die Schiebetür öffnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schiebetür mit einem magnetischen Antriebssystem und einer Fluchtwegfunktionalität. Das magnetische Antriebssystem weist eine Linear-Antriebseinheit mit mindestens einer Magnetreihe auf. Der Begriff der Magnetreihe umfasst auch längliche Einzelmagneten. Die Magnetreihe kann ortsfest oder ortsveränderlich angeordnet sein. Das magnetische Antriebssystem ist vorzugsweise als magnetisches Trag- und Antriebssystem ausgestaltet.

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.

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 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 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 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 Tür 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 große Kräfte aufnehmen, da die magnetische Feldstärke nicht so gewählt werden kann, dass lediglich die jeweilige magnetisch aufgehängte Tür gehalten wird, sondern aufgrund von Sicherheitsbestimmungen eine bestimmte zusätzliche Tragkraft vorhanden sein muss, damit die Tür nicht ungewollt abfällt. Demzufolge müssen die Rollen ähnlich ausgelegt werden, wie bei rein rollengelagerten Schiebetüren, was dazu führt, dass eine mechanische Reibung zum Einstellen des Luftspalts vorhanden ist. Diese hebt die extreme Leichtgängigkeit und geräuschlose Arbeitsweise der nach dem abstoßenden Kraftprinzip arbeitenden Lagerung auf und führt zu Verschleiß und Wartung. 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.

Weiter führen diese Druckschriften zwar die Verwendung eines mit einer magnetischen Trageinrichtung gekoppelten oder integrierten Linearantriebs auf, die Ausgestaltung eines solchen Linearantriebs, dessen Ansteuerung oder eine geeignete Fluchtwegfunktion sind jedoch nicht beschrieben.

Bei solchen Schiebetüren muss, in Deutschland z.B. nach Norm, sichergestellt sein, dass die Schiebetür im Gefahrenfall auch bei Auftreten eines einzelnen Funktionsfehlers, z.B. eines defekten Steuerungselementes (Einfehlersicherheit) und Ausfall des Stromnetzes oder nach Betätigung eines Gefahrenschalters selbstständig rasch öffnet. Bei konventionellen Schiebetürantrieben mit mechanischen Übertragungselementen, wie Riemen, Bändern, Seile oder Spindeln, ist hierfür der Einsatz eines elastischen Zugelementes, wie z.B. eines Gummiseiles, bekannt, das bei geschlossener Tür gespannt wird und bei einem der zuvor genannten Fälle und regelmäßig zu Testzwecken die Tür öffnet.

Hierbei bestehen die Nachteile, dass das Seil bei jedem Schließen der Tür gespannt werden muss, wodurch der Antriebsmotor stärker belastet wird und dass die Tür im geschlossenen Zustand unter einer Vorspannung steht, so dass diese durch eine Kupplung oder eine Zuhaltevorrichtung in der geschlossenen Position gehalten werden muss, welche im Notfallbetrieb geöffnet werden muss. Weiter ist in der Regel eine zusätzliche elektromagnetische Kupplung im Antriebsstrang notwendig, um die durch die elastischen Zugelemente beim Öffnen auftretende Reibung im Antriebsstrang zu reduzieren.

Alternativ zu solchen elastischen Zugelementen ist es bei konventionellen Schiebetürantrieben mit mechanischen Übertragungselementen für die Fluchtwegfunktion bekannt, einen zweiten Antriebsmotor mit eigener Notsteuerung und Akkumulator-Speisung einzusetzen. Der zweite Motor ist oft unmittelbar mit einem zweiten Wellenende des Hauptmotors verbunden, so dass Hauptmotor und Notmotor eine Einheit bilden.

Nachteilig an dieser Lösung ist, dass ein zusätzlicher Motor notwendig ist, der zusätzliche Herstellungskosten verursacht und zusätzlichen Bauraum beansprucht, und dass diese Lösung nur eine begrenzte Sicherheit bietet, da der erste Motor bei seinem Durchbrennen durch Verbacken der Isolationsstoffe blockieren könnte.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Schiebetür mit einem magnetischen Antriebssystem für mindestens einen Türflügel, das eine Linearantriebseinheit mit mindestens einer Magnetreihe aufweist, so weiterzuentwickeln, dass die zuvor genannten Vorteile bei geringen Herstellungskosten bestehen bleiben und eine Fluchtwegfunktion gewährleistet ist.

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

Die erfindungsgemäße Schiebetür umfasst ein magnetisches Antriebssystem für mindestens einen Türflügel, mit einer in Antriebsrichtung angeordneten Magnetreihe, deren Magnetisierung in ihrer Längsrichtung in bestimmten Abständen das Vorzeichen wechselt, und einem mit der Magnetreihe verbundenen Tragschlitten, an dem der Türflügel befestigt werden kann, sowie mit einer aus mehreren Einzelspulen und Spulenkernen bestehende Spulenanordnung, die bei entsprechender Ansteuerung der Einzelspulen eine Wechselwirkung mit der Magnetreihe bewirkt, die Vor schubkräfte hervorruft, und einem mechanischen Hilfsantrieb, der einen mechanischen Energiespeicher aufweist, dem bei einem normalen Schließvorgang der Schiebetür Energie zugeführt wird, diese darin gespeichert wird und in einem Notfallbetrieb freigesetzt wird, wodurch sich die Schiebetür öffnet.

Durch die Erfindung wird demgemäß bei einer Schiebetür eine Fluchtwegfunktion realisiert, indem als Antrieb für den Normalbetrieb ein Linearmotor verwendet wird, der beim Öffnen der Schiebetür einen mechanischen Energiespeicher des mechanischen Hilfsantriebes "auflädt", welcher sich im Notfallbetrieb "entlädt" und dadurch die Tür öffnet. Diese Kombination von Linearmotor und mechanischen Hilfsantrieb ist besonders vorteilhaft, da bei einer entsprechenden Ansteuerung der Einzelspulen des Stators außer dem mechanischen Hilfsantrieb, der sehr einfach ausgelegt sein kann, z.B. als einfaches mit dem Türflügel verbundenes Gummiband, keinerlei zusätzliche Vorrichtungen wie Kupplungen oder Zuhaltevorrichtungen erforderlich sind.

Bei der erfindungsgemäßen Schiebetür ist der Notfallbetrieb vorzugsweise im geschlossenen Zustand durch eine wegfallende Ansteuerung der Einzelspulen gegeben.

In diesem Fall wird der direkt mit dem Türflügel oder Läufer des Linearmotors verbundene mechanische Energiespeicher des mechanischen Hilfsantriebes, z.B. das Gummiband, bei jedem Schließen der Tür gespannt und die Tür wird durch eine entsprechende Ansteuerung der Einzelspulen im geschlossenen Zustand gehalten. Hierzu ist es je nach Auslegung z.B. lediglich erforderlich eine Einzelspule zu bestromen. Diese kann zur Entlastung wechseln. Fällt diese Ansteuerung weg, so wird der Läufer nicht mehr in der den geschlossenen Zustand definierenden Positi on gehalten und von dem "aufgeladenen" Energiespeicher des Hilfsantriebes, z.B. dem gespannten Gummiband, in die eine offene Tür definierende Position bewegt.

Alternativ dazu umfasst der Hilfsantrieb der erfindungsgemäßen Schiebetür vorzugsweise einen mit dem mechanischen Energiespeicher verbundenen Läufer für einen Türflügel, der beim Schließen des Türflügels von dem Türflügel mitgenommen wird und dem mechanischen Energiespeicher dabei Energie zuführt, durch deren Freigabe der Türflügel geöffnet werden kann, und eine Verriegelungseinheit für den Läufer, die den Läufer verriegelt, wenn dieser von dem Türflügel in dessen vollständig geschlossene Position mitgenommen wurde, wobei der Notfallbetrieb bei einer wegfallenden Ansteuerung einer Entriegelungseinheit gegeben ist, die daraufhin eine Entriegelung der Verriegelungseinheit bewirkt Diese Ausführungsform der Erfindung bewirkt, dass der mechanische Energiespeicher des mechanischen Hilfsantriebes nicht bei jedem Öffnen der Schiebetür erneut "geladen" werden muss. Bei einem ersten öffnen wird der mechanische Energiespeicher "geladen", z.B. das Gummiband gespannt, und verbleibt durch den festgehaltenen Läufer bis zum Öffnen der Tür im Notfallbetrieb in diesem Zustand. Im Notfallbetrieb wird die den Läufer festhaltende Verriegelungseinheit entriegelt, wodurch sich der mechanische Energiespeicher "entlädt", z.B. das Gummiband zusammenzieht, wodurch die Tür geöffnet wird.

In dieser Ausführungsform ist die Entriegelungseinheit der erfindungsgemäßen Schiebetür vorzugsweise eine einer Einzelspule entsprechende Spule, die neben der Spulenanordnung angeordnet ist. In anderen Worten ist der Stator um eine Spule länger ausgeführt, als für den Normalbetrieb nötig. Diese Spule wird dann entsprechend so angesteuert, dass die Ver riegelungseinheit im Normalbetrieb den Läufer hält und im Notfallbetrieb den Läufer freigibt. Durch diese indirekte Nutzung der von dieser Spule erzeigten Magnetkraft braucht diese nicht so groß zu sein, wie bei einem direkten Blockieren des mechanischen Energiespeichers.

Bei der erfindungsgemäßen Schiebetür umfasst der mechanische Energiespeicher vorzugsweise einen hydraulischen oder pneumatischen Druckspeicher, eine Zug- oder Druckfeder oder ein anderes elastisches Element, das weiter vorzugsweise ein Gummielement, z.B. ein Gummiseil, umfasst.

Der Erfindung liegt also das Prinzip zugrunde, dass ein "aufgeladener" mechanischer Energiespeicher bei wegfallender Stromversorgung bzw. Ansteuerung der Einzelspulen des Stators (hiervon ist auch die zuvor angegebene zusätzliche Einzelspule umfasst) automatisch eine Öffnung der Tür bewirkt. Durch die Verwendung eines Linearmotors kann der diese Fluchtwegfunktion realisierende Hilfsantrieb sehr einfach ausgelegt werden, z.B. lediglich als ein an dem Läufer befestigtes sich beim Schließen der Tür spannendes Gummiseil.

Die erfindungsgemäße Schiebetür weist vorzugsweise weiter für jeden Türflügel eine mit der Magnetreihe verbundene Rollenanordnung auf, die bezüglich des Türflügels eine Tragfunktion erfüllt und einen bestimmten spaltförmigen Abstand zwischen der Magnetreihe und den Spulenkernen gewährleistet.

Durch eine solche Auslegung des magnetischen Antriebssystemes als magnetisches Trag- und Antriebssystem, bei dem die erforderliche Tragkraft teilweise von dem magnetischen Trag- und Antriebssystem und teilweise von der Rollenanordnung aufgenommen wird, wird gegenüber dem Stand der Technik der Vorteil erzielt, dass die Rollenanordnung weder die gesamte Last des Türflügels tragen muss, noch eine aufgrund von Sicherheitsbestimmungen erforderliche große Tragkraft bei rein mittels Magneten aufgehängten Türflügeln aufnehmen muss. Hierdurch werden gegenüber einer reinen Rollenlagerung bzw. einer durch Rollen abgestützten Magnetaufhängung die folgenden Vorteile erreicht: größere Lebensdauer der Rollen, Reduzierung der Rollengröße und damit eine Bauraumreduktion bezüglich der Rollenlagerung, und eine Reduzierung der Rollengeräusche, Reduzierung des Rollwiderstandes bzw. der Rollreibung. Weiter ergeben sich bei dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schiebetür gegenüber einer mit einem rein magnetischen Trag- und Führungssystem die Vorteile, dass die Tragkraftkennlinien-Steifigkeit bei der Auslegung des Systemes nicht berücksichtigt werden braucht, beim Beschleunigen und Abbremsen keine Wankbewegungen der getragenen Last, z.B. des Türflügels, entstehen, und dass unterschiedliche Auslenkungen bei unterschiedlichen Türflügelgewichten nicht zwingend berücksichtigt bzw. kompensiert werden müssen. Weiter kann das so ausgestaltete erfindungsgemäße magnetische Trag- und Antriebssystem für mindestens einen Türflügel 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.

Aus diesen Gründen ist erfindungsgemäß bei einer solchen nach dem anziehenden Kraftprinzip arbeitenden Lagerung eine sehr gute Leichtgängigkeit und geräuschlose Arbeitsweise gegeben, wobei aufgrund der eingesetzten Rollenanordnung, welche den bestimmten spaltförmigen Abstand zwischen der Magnetreihe und der Spulenanordnung 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 zwi schen 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.

Nach der Erfindung besteht die 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.

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.

Der erfindungsgemäße Hilfsantrieb kann für einen Türflügel oder für mehrere, auch alle, Türflügel einer Mehrflügeligen Schiebetür vorgesehen werden.

Die Erfindung wird nun anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine Längsschnittdarstellung eines 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 eine Querschnittsdarstellung einer Schiebetür nach einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung, und
7 eine Längsschnittsdarstellung einer Schiebetür nach der in 6 gezeigten bevorzugten Ausführungsform 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 ist an einem Tragprofil 6 befestigt und weist jeweils abwechselnd polarisierte Einzelmagnete auf. In Tragrichtung oberhalb der Magnetreihe 1 sind mit einem bestimmten spaltförmigen Abstand Spulen 2 so angeordnet, dass sich ein jeweiliger Spulenkern 3 in Tragrichtung, d.h. z-Richtung, erstreckt. Die Spulenkerne stehen in Anziehender Kraftwirkung mit der Magnetreihe 1 und bringen somit einen Teil einer Tragkraft für den Türflügel 5 auf.
Um einen kontinuierlichen Vorschub der Magnetreihe 1 zu gewährleisten, sind die Stator-Spulen 2 mit ihren jeweiligen Spulenkernen 3 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 dreiphasi ges 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, die eine Ausdehnung von drei Längeneinheiten in Antriebsrichtung, d.h. x-Richtung, aufweisen, wobei also zwischen den Mittelpunkten benachbarter Spulenkerne 3 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 2a mit einem ersten Spulenkern 3a zwischen eine erste Phase und eine zweite Phase eines aus drei Phasen bestehenden Drehstromsystems 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 2a mit Spulenkern 3a liegende zweite Spule 2b mit Spulenkern 3b eines Antriebssegments 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 2b mit Spulenkern 3b liegende dritte Spule 2c mit Spulenkern 3c 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 Drehstromsystems 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 Koordinatensystems, 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 2a mit Spulenkern 3a zwischen einer 0°-Phasenlage und einer 120°- Phasenlage, die zweite Spule 2b mit Spulenkern 3b zwischen einer 120°-Phasenlage und einer 240°-Phasenlage und die dritte Spule 2c mit Spulenkern 3c 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 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 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 die 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 liegen 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.
Durch geeignete Ansteuerungen gemäß den oben dargelegten Prinzipien können verschiedene Verfahrgeschwindigkeiten und Verfahrwege erreicht werden. Hierzu können Positionssensoren für die einzelnen Türflügel vorgesehen werden oder es können auch Steuerungen aufgebaut werden, die ohne Positionssensoren auskommen, wobei die Position der Türflügel geschätzt wird.
Die 6 zeigt einen Querschnitt einer Trag- und Antriebseinrichtung einer Schiebetür nach einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung.
Ein prinzipiell U-förmiges Tragprofil 6 weist einen Boden 9 und zwei senkrecht auf diesem stehende Seitenbereiche 10 auf, die jeweils Aussparungen 11 aufweisen, in denen an dem Tragschlitten 4 befestigte Anordnungen 7, 8 von Einzelrollen laufen, die eine vertikale Führung bewirken. Hier sind zwei identische Anordnungen 7, 8 von Einzelrollen gewählt, von denen eine linke Anordnung 7 in positiver Querrichtung y links von einer rechten Anordnung 8 liegt. Die linke Anordnung 7 ist in positiver Querrichtung y links an dem Tragschlitten 4 befestigt und die rechte Anordnung 8 ist in positiver Querrichtung y rechts an dem Tragschlitten 4 befestigt.
Innerhalb des hier prinzipiell u-förmigen Tragschlittens 4, an dessen Seitenbereichen 12 die Anordnungen 7, 8 von Einzelrollen befestigt sind, ist an dem Boden 13 des Tragschlittens 4 die Magnetreihe 1 angeordnet. Zwischen den Seitenbereichen 12 des Tragschlittens 4 ist mit einem spaltförmigen Abstand a zu der Magnetreihe 1 eine aus Spulen 2 und Spulenkernen 3 bestehende Spulenanordnung angeordnet, die an dem Boden 9 des Tragprofils 6 befestigt ist. Da das Tragprofil 6 aus nichtmagnetischem Werkstoff bestehen kann, z.B. Aluminium, ist zwischen der Spulenanordnung 2, 3 und dem Tragprofil 6 eine weichmagnetische Rückflussschiene 14 angeordnet, die Bohrungen aufweist, durch die die Spulenkerne 3 an dem Boden 9 des Tragprofils 6 befestigt sind. Die Spulenkerne 3 und die weichmagnetische Rückflussschiene 14 können auch integral ausgebildet sein.
Zur Stabilisierung weist der prinzipiell nach oben, d.h. in die negative Tragrichtung, also die -z-Richtung, offene u-förmige Tragschlitten 4 an den Oberkanten seiner Seitenbereiche 12 in Querrichtung, d.h. positive und negative y-Richtung, abstehende Rippen auf, die im Bereich der Einzelrollen der Anordnungen 7, 8 der Rollenanordnung unterbrochen sind.
In dieser Ausführungsformen der Erfindung sind die Aussparungen 11 des Tragprofiles 6 in vertikaler Richtung neben den Spulen 2 und Spulenkernen 3 angeordnet, weswegen der Tragschlitten 4 so ausgestaltet ist, dass nicht nur die an diesem befestigte Magnetreihe 1 innerhalb seiner Seitenbereiche 12 angeordnet ist, sondern auch Teile der an dem Tragprofil 6 befestigten Spulen 2 und Spulenkerne 3. Hierdurch ergibt sich eine besonders flache Bauweise.
Weiter sind die Aussparungen 11 mit Laufflächen 15 versehen, die so ausgestaltet sind, dass ein Abrollen der Einzelrollen der Anordnungen 7, 8 der Rollenanordnung geräuscharm erfolgt. Die Laufflächen 15 können hierzu aus zwei oder mehr Materialkomponenten bestehen, z.B. aus einer weichen Dämpfungsschicht 15b, die an dem Tragprofil 6 vorgesehen ist, und einer harten Laufschicht 15a, auf der die Einzelrollen laufen.
An dem Tragschlitten 4 ist weiter ein (nicht gezeigtes) horizontales Führungselement vorgesehen, das den Tragschlitten 4 in einer stabilen Position in der y-Richtung hält.
Unterhalb des Tragschlittens 4 ist an ein Mitnehmer 34 angebracht, der mit einem in dem Tragprofil 6 unterhalb der Laufflächen 15 für die Rollenanordnungen 7, 8 laufenden Läufer 32 kooperiert, an dem als mechanischer Energiespeicher 30 ein Ende eines Gummibands befestigt ist, das mit seinem anderen Ende an so dem Tragprofil 6 befestigt ist, dass es in der geschlossenen Position der Schiebetür gespannt ist.
Alternativ zu der Anordnung mit Mitnehmer 34 und Läufer 32 kann der mechanische Energiespeicher auch direkt an dem Tragschlitten oder einem anderen starr mit diesem verbundenen Bauelement verbunden werden, wodurch der mechanische Energiespeicher jedoch bei jedem Schließen der Schiebetür "geladen" wird.
Weiter ist um das Tragprofil 6 eine Verkleidung 19 vorgesehen, innerhalb der auch eine Schaltungsanordnung 18 zur Ansteuerung der Linear-Antriebseinheit aufgenommen ist, die eine Steuerung 21 zum Ansteuern der Einzelspulen 2 aufweist und elektrisch mit einem (nicht gezeigten) Messwertaufnehmer eines Wegmesssystems, mit den Spulen 2 der Spulenanordnung, mit einer (nicht gezeigten) Energieversorgung und mit einer (nicht gezeigten) Sensorik zur Initiierung des Öffnens und Schließens der erfindungsgemäßen Schiebetür verbunden ist.
Erfindungsgemäß können natürlich auch die Magnetreihe 1 an dem Gehäuse 6 und die aus Spulen 2, Spulenkernen 3 und ggf. einer weichmagnetischen Rückflussschiene 14 bestehende Spuleneinheit an dem Tragschlitten 4 befestigt sein.
Die Steuerung 21 kann durch Auswahl der angesteuerten Einzelspulen 2 einen oder mehre Türflügel 5, d.h. mit jeweils einer Magnetreihe 1 versehene Tragschlitten 4 bewegen.
Die 7 zeigt eine Längsschnittsdarstellung einer Schiebetür nach der in 6 gezeigten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung, wobei zur einfacheren und übersichtlichern Darstellung die Verkleidung 19 nicht und die Einzelspulen 2 nur teilweise dargestellt sind.
Hier hat die Schiebetür bei einem rechts angeordneten Türflügel 5 eine offene und bei einem links angeordneten Türflügel 5 eine geschlossenen Position. Dargestellt ist die offene Position. Links von den zum Antrieb verwendeten Einzelspulen 2 ist eine weitere Einzelspule 31 vorgesehen, unterhalb von der eine Verriegelungseinheit 33 angeordnet ist. Bei einer Bestromung der Einzelspule 31 verriegelt die Verriegelungseinheit 33 einen an diese geführten Läufer 32. Bei einer wegfallenden Bestromung der Einzelspule 31 gibt die Verriegelungseinheit 33 den Läufer 32 frei.
Der Läufer 32 ist mit einem Ende eines Gummiseiles 30 verbunden, dessen anderes Ende an dem rechten Ende des Tragprofiles 6 befestigt ist. Der Läufer 32 kann sich in einer in Antriebsrichtung x ausgebildeten Führungsnut in dem Tragprofil 6, in der auch die Verriegelungseinheit 33 angeordnet ist, frei bewegen. Rechts von dem Läufer 32 ist an dem Tragschlitten 4 unterhalb von diesem ein Mitnehmer 34 angeordnet, der den Läufer 32 bei dem Schließen der Tür, also dem Verfahren des Türflügels 5 nach links, bis zu der Verriegelungseinheit 33 mitnimmt, wodurch das Gummiseil 30 gespannt wird. Befindet sich der Läufer 32 an der Verriegelungseinheit 33, so wird er dort durch eine Bestromung der Einzelspule 31 gehalten, auch wenn sich die Tür wieder öffnet, also der Türflügel 5 nach rechts verfahren wird. Bei einem Wegfall der Bestromung für die Einzelspule 31 wird der Läufer 32 von der Verriegelungseinheit 33 freigegeben und schnellt durch das "entladen" des mechanischen Energiespeichers, hier also das Zusammenziehen des Gummiseils 30, nach rechts. War die Tür verschlossen, so wird sie hierdurch geöffnet.
Wie zuvor schon angegeben, kann der mechanische Energiespeicher, also hier das Gummiseil 30, alternativ zu der Anordnung mit Mitnehmer 34 und Läufer 32 auch direkt an dem Tragschlitten 4 oder einem anderen starr mit diesem verbundenen Bauelement verbunden werden, wodurch das Gummiseil 30 jedoch bei jedem Schließen der Schiebetür gespannt (oder allgemein der mechanische Energiespeicher jedoch bei jedem Schließen der Schiebetür "geladen") werden muss. Die Schiebetür wird dann geschlossen gehalten, indem alle oder ein Teil der Einzelspulen 2 bestromt werden, unter denen sich die an dem Tragschlitten 4 vorgesehene Magnetreihe 1 der geschlossenen Schiebetür befindet. Bei einem Wegfall dieser Bestromung öffnet sich die Schiebetür durch das Zusammenziehen des Gummiseiles 30 (oder allgemein das Entladen des der mechanischen Energiespeichers) automatisch.

1: Magnetreihe
2a, b, c: Spule
3a, b, c: Spulenkern
4: Tragschlitten
5: Türflügel
6: Tragprofil
7a, b, c, d: Rollenanordnung, linke Anordnung
8: Rollenanordnung, rechte Anordnung
9: Boden des Tragprofiles
10: Seitenbereich des Tragprofiles
11: Aussparungen in den Seitenbereichen des Tragprofiles
12: Seitenbereich des Tragschlittens
13: Boden des Tragschlittens
14: Rückflussschiene
15: Laufflächen
18: Schaltungsanordnung
19: Verkleidung
21: Steuerung
30: mechanischer Energiespeicher
31: Einzelspule
32: Läufer
33: Verriegelungseinheit
34: Mitnehmer
L_Magnet: Magnetlänge
L_Lücke: Lücke
R_M: Magnetraster
a: Abstand
y: Querrichtung
z: Tragrichtung
x: Antriebsrichtung

Claims

Schiebetür mit einem magnetischen Antriebssystem für mindestens einen Türflügel (5), mit einer in Antriebsrichtung angeordneten Magnetreihe (1), deren Magnetisierung in ihrer Längsrichtung in bestimmten Abständen das Vorzeichen wechselt, und einem mit der Magnetreihe (1) verbundenen Tragschlitten (4), an dem der Türflügel (5) befestigt werden kann, sowie mit einer aus mehreren Einzelspulen (2) und Spulenkernen (3) bestehende Spulenanordnung, die bei entsprechender Ansteuerung der Einzelspulen (2) eine Wechselwirkung mit der Magnetreihe (1) bewirkt, die Vorschubkräfte hervorruft, und einem mechanischen Hilfsantrieb, der einen mechanischen Energiespeicher (30) aufweist, dem bei einem normalen Schließvorgang der Schiebetür Energie zugeführt wird, diese darin gespeichert wird und in einem Notfallbetrieb freigesetzt wird, wodurch sich die Schiebetür öffnet.
Schiebetür nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Notfallbetrieb im geschlossenen Zustand durch eine wegfallende Ansteuerung der Einzelspulen (2) gegeben ist.
Schiebetür nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsantrieb einen mit dem mechanischen Energiespeicher (30) verbundenen Läufer (32) für einen Türflügel (5) umfasst, der beim Schließen des Türflügels (5) von dem Türflügel (5) mitgenommen wird und dem mechanischen Energiespeicher (30) dabei Energie zuführt, durch deren Freigabe der Türflügel (5) geöffnet werden kann, und eine Verriegelungseinheit (33) für den Läufer (32), die den Läufer (32) verriegelt, wenn dieser von dem Türflügel (5) in dessen vollständig geschlossene Position mitgenommen wurde, wobei der Notfallbetrieb bei einer wegfallenden Ansteuerung einer Entriegelungsein heit (31) gegeben ist, die daraufhin eine Entriegelung der Verriegelungseinheit (33) bewirkt.
Schiebetür nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entriegelungseinheit (31) eine einer Einzelspule (2) entsprechende Spule ist, die neben der Spulenanordnung angeordnet ist.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Energiespeicher (30) einen hydraulischen oder pneumatischen Druckspeicher, eine Zug- oder Druckfeder oder ein anderes elastisches Element umfasst.
Schiebetür nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Energiespeicher (30) eine Gummielement umfasst.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mit der Magnetreihe (1) verbundenen Rollenanordnung (7, 8), die bezüglich des Türflügels (5) eine Tragfunktion erfüllt und einen bestimmten spaltförmigen Abstand (a) zwischen der Magnetreihe (1) und den Spulenkernen (3) gewährleistet.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetreihe (1) parallel zur Tragrichtung (z) und quer zur Antriebsrichtung (x) magnetisiert ist.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetreihe (1) aus einem oder mehreren Hochleistungsmagneten, vorzugsweise Seltenenerden-Hochleistungsmagneten, weiter vorzugsweise vom Typ NeFeB oder Sm₂Co besteht.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebetür als Bogenschiebetür oder Horizontal-Schiebewand ausgebildet ist.