DE102005002051B4

DE102005002051B4 - Schiebetür mit einem magnetischen Antriebssystem und einer Fluchtwegfunktionalität

Info

Publication number: DE102005002051B4
Application number: DE102005002051A
Authority: DE
Inventors: Sven Busch
Original assignee: Dorma Deutschland GmbH
Current assignee: Dormakaba Deutschland GmbH
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2025-01-15
Also published as: NO20060151L; DE102005002051A1

Abstract

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, einem elektrischen Leistungsspeicher (21), einer Notsteuerung (20), die mit dem elektrischen Leistungsspeicher (21) verbunden ist und die Schiebetür bei Stromausfall oder Versagen einer Hauptsteuerung (24) öffnen kann, und zwei oder mehr mit der Notsteuerung (20) verbundene Zusatzspulen (30) zum Öffnen der Schiebetür bei einer entsprechenden Ansteuerung.

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.
Die EP 0433830 B1 , JP 2003214032 A und JP 08232542 A beschreiben einen Linearmotor mit bewegbaren Magneten für automatische Türen 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 Vorschubkräfte hervorruft.
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 Leicht gängigkeit und geräuschlose Arbeitsweise auszeichnet und nahezu verschleiß- und wartungsfrei ist, in der Herstellung sehr teuer wird.
Aus der DE 196 18 518 C1 ist weiter ein elektromagnetisches Antriebssystem für magnetische Schwebe- und Tragsysteme bekannt, bei dem durch eine geeignete Anordnung von Dauermagnet und ferromagnetischem Material ein stabiler Schwebe- und Tragzustand erreicht wird. Hierzu versetzt der Dauermagnet das ferromagnetische Material in den Zustand einer magnetischen Teilsättigung. Elektromagnete sind so angeordnet, dass die Dauermagneten allein durch eine Änderung der Sättigung in der Tragschiene bewegt werden, und die Spulenkerne sind in die dauermagnetische Teilsättigung, die zum Schwebe- und Tragezustand führt, mit einbezogen.
Weiter zeigt die WO 94/13055 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 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 auf grund 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 Linearantriebes auf, die Ausgestaltung eines solchen Linearantriebes, 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 den Motor, eine Kupplung oder eine Zuhaltevorrichtung in der geschlossenen Position gehalten 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. Aufgrund von Reibung erzeugen die elastischen Zugelemente im Normalbetrieb auch meistens Geräusche. Auch stellt das elastische Zugelement ein zusätzliches Bauteil dar, das zusätzliche Herstellungskosten verursacht und zusätzlichen Bauraum beansprucht. Schließlich können die elastischen Zugelemente durch die ständige Betätigung und Belastung je nach verwendetem Werkstoff altern und hierdurch an Elastizität einbüßen, wodurch die Öffnungskraft nachlässt oder die Zugelemente reißen können, so dass eine regelmäßige Überprüfung und ggf. ein regelmäßiger Austausch notwendig sind.
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 Vorschubkräfte hervorruft, einem elektrischen Leistungsspeicher, einer Notsteuerung, die mit dem elektrischen Leistungsspeicher verbunden ist und die Schiebetür bei Stromausfall oder Versagen der Hauptsteuerung öffnen kann, und zwei oder mehr mit der Notsteuerung verbundene Zusatzspulen zum Öffnen der Schiebetür bei einer entsprechenden Ansteuerung.
Durch die Erfindung wird demgemäß eine Fluchtwegfunktion realisiert, indem ein einfehlersicher ausgelegter Linearmotor mit einer durch einen Akkumulator gespeisten Notsteuerung versehen wird. Der Linearmotor wird Einfehlersicher ausgelegt, indem die in diesem vorhandene große Anzahl von elektromagnetischen Antriebsspulen so verschaltet werden, dass der Motor bei dem Durchbrennen oder bei Kontaktfehlern einer einzelnen Spule oder Spulengruppe quasi ohne Beeinträchtigung weiter betrieben werden kann. Die zusätzlich vorgesehene Notsteuerung mit Akkumulator-Speisung, welche an die vorhandenen Spulenstränge der einfehlersicher verschalteten Spulen angeschlossen ist, öffnet die Tür bei Stromausfall, bei der Betätigung eines Notschalters, bei Ausfall der Hauptsteuerung oder in regelmäßigen Zeitabständen zum Selbsttest der Fluchtwegfunktion, wie es z. B. in Deutschland vorgeschrieben ist.
Da die erfindungsgemäße Schiebetür mit einem magnetischen Antriebssystem für die Fluchtwegfunktion keine mechanischen Übertragungsmittel zwischen Motor und Türflügel aufweist, ist ein Versagen der Fluchtwegfunktion durch mechanischen Defekt, z. B. durch Reißen oder Verklemmen des Riemens, ausgeschlossen, so dass erfindungsgemäß im Vergleich zu den beschriebenen Verfahren bei konventionellen Schiebetürantrieben mit mechanischen Übertragungselementen eine höhere Sicherheit erreicht wird.
Die erfindungsgemäße Schiebetür mit einem magnetischen Antriebssystem, insbesondere der erfindungsgemäße Linearmotor-Schiebetürantrieb, weist für die Fluchtwegfunktion eine von der Hauptsteuerung unabhängig arbeitende und durch einen elektrischen Leistungsspeicher gespeiste Notsteuerung auf, die die Schiebetür bei Stromausfall oder bei Versagen der Hauptsteuerung öffnen kann. Der als elektrischer Leistungsspeicher vorzugsweise verwendete Akkumulator kann auch alternativ durch einen Kondensator oder eine Batterie realisiert werden. Bei Einsatz eines wiederaufladbaren elektrischen Leistungsspeichers wird dieser vorzugsweise automatisch geladen, so dass ständig ein ausreichender Notstrom zur Verfügung steht.
Die einfehlersichere Auslegung der Einzelspulen des erfindungsgemäßen Linearantriebs wird durch zwei oder mehr zusätzliche Spulen für die Notöffnungsfunktion erreicht, die mit der Notsteuerung unabhängig von dem Hauptspulenstrang betrieben werden können. Die Spulen können wie die Hauptspulen auf den Läufer einwirken. Die zusätzlichen Spulen für die Notöffnung können einzeln oder in einer oder mehreren Gruppen zwischen den Hauptspulen sowie vor oder hinter diesen angebracht sein. Weiter können die für die Notöffnungsfunktion vorgesehenen zusätzlichen Spulen kleiner ausgelegt werden, als die für den Normalbetrieb vorgesehenen, da diese lediglich in großen zeitlichen Abständen kurzzeitig, d. h., zum jeweiligen einmaligen Öffnen, betrieben werden.
Die erfindungsgemäße Schiebetür weist vorzugsweise weiter eine Überwachungseinheit auf, die den Ladungs- und Alterungszustand des elektrischen Leistungsspeichers überwacht.
Durch diese erfindungsgemäß vorzugsweise zusätzlich vorhandene elektronische Überwachung des Ladungs- und Alterungszustands des elektrischen Leistungsspeichers kann ein mangelhafter Zustand oder eine zeitliche Alterung akustisch, z. B. durch einen Signalton, optisch, z. B. durch ein Lichtsignal, durch eine Notöffnung oder durch eine Mitteilung an ein zentrales Überwachungssystem angezeigt werden, wodurch eine notwendige Wartung oder ein notwendiger Austausch des elektrischen Leistungsspeichers angezeigt wird. Ohne diese erfindungsgemäß vorzugsweise vorgesehene elektronische Überwachung soll der elektrische Leistungsspeicher in festen Zeiträumen gewechselt werden, die von der Art des Leistungsspeichers abhängen. So muss eine Batterie häufiger gewechselt werden, als ein Akkumulator, welcher wiederum häufiger gewechselt werden muss, als ein Kondensator.
Alternativ oder zusätzlich weist die erfindungsgemäße Schiebetür vorzugsweise weiter ein Notsteuerungs-Wegerfassungssystem auf, dessen Ausgangssignal an die Notsteuerung geführt wird, die auf der Grundlage des empfangenen Ausgangssignals eine wegabhängige Kommutierung des magnetischen Antriebssystems ausführt.
Durch den vorzugsweisen Einbau eines eigenen Wegerfassungssystemes für die erfindungsgemäße Notsteuerung, d. h. zusätzlich zu einem Wegerfassungssystem für die den Normalbetrieb gewährleistende Hauptsteuerung, kann diese den elektromagnetischen Linearmotor wie im Normalbetrieb wegabhängig kommutieren. Dieses eigene Wegerfassungssystem kann einfacher ausgelegt sein, als das für den Normalbetrieb vorgesehene, z. B. lediglich durch einen Inkrementalgeber, mittels dem die absolute Position des Türflügels nicht erfasst werden kann. Das Notsteuerungs-Wegerfassungssystem kann auch lediglich als Backup für das im Normalbetrieb verwendete Wegerfassungssystem dienen, d. h. die Notsteuerung verwendet normalerweise das im Normalbetrieb (von der Hauptsteuerung) verwendete Wegerfassungssystem und nur bei dessen Ausfall das eigene Notsteuerungs-Wegerfassungssystem.
Weiter alternativ oder zusätzlich führt die Notsteuerung der erfindungsgemäßen Schiebetür vorzugsweise eine zeitgesteuerte Kommutierung des magnetischen Antriebssystemes aus.
Diese alternative oder zusätzliche zeitgesteuerte Kommutierung des elektromagnetischen Linearmotors bei der Notöffnung bietet eine besonders hohe Funktionssicherheit, da für die Notöffnung kein Wegerfassungssystem erforderlich ist und daher auch nicht ausfallen kann. Die möglichen Nachteile einer solchen zeitgesteuerten Kommutierung, wie schlechterer Wirkungsgrad, schlechtere Steuer- und Regelbarkeit und unruhiger Lauf, sind für den Notfall von sehr geringer Bedeutung. Eine Kontrolle der Bewegung, d. h., ein gezieltes wegabhängiges Beschleunigen und Abbremsen der Tür, kann bei einem Stromausfall durch den vorhandenen Inkrementalgeber der Hauptsteuerung erfolgen. Bei einem Totalausfall des Wegsignals kann die Tür durch die zeitgesteuerte Kommutierung dennoch ungeregelt öffnen. Es können auch beide Arten der Kommutierung mit einem eigenen Wegerfassungssystem für die Notsteuerung implementiert werden, wodurch ein besonders fehlerresistentes System geschaffen wird, insbesondere, wenn das Notsteuerungs-Wegerfassungssystem nur als Backup für das im Normalbetrieb verwendete Wegerfassungssystem dient.
Weiter alternativ oder zusätzlich sind in der erfindungsgemäßen Schiebetür mehrere Einzelspulen der Spulenanordnung aus einem ununterbrochenen Draht gefertigt.
Durch diese vorzugsweise Fertigung mehrerer in Reihe geschalteter Spulen aus einem einzigen ununterbrochenen Draht wird das Risiko einer schlechten Kontaktierung reduziert. Zwischen zwei in Reihe geschaltete Einzelspulen kann ein Anschluss angelegt werden. Weiter vorzugsweise werden alle Spulen des Antriebs oder zumindest eines Phasenstranges aus einem ununterbrochenen Draht gefertigt. Neben dem Gewinn an Funktionssicherheit kann hierdurch auch der Fertigungsprozess vereinfacht werden. Bei einer Dreiecksschaltung (3-phasig) oder Ringschaltung (4- oder mehrphasig) können alle Spulen des Motors oder eines Phasenstrangs jeweils aus einem einzigen ununterbrochen Draht gefertigt werden, wodurch eine besonders hohe Funktionssicherheit erreicht wird.
Weiter alternativ oder zusätzlich sind in der erfindungsgemäßen Schiebetür Anschlussleitungen für die Einzelspulen der Spulenanordnung redundant ausgelegt.
Durch diese mehrfache Ausfertigung der nicht zu vermeidenden Kontakte beim Anschluss der Motorspannung an das stern-, dreieck- oder ringförmige Spulensystem des Stators wird eine erhöhte Funktionssicherheit erzielt. Insbesondere wird diese erzielt, wenn der Sternpunktkontakt zur Erhöhung der Funktionssicherheit bei einer Sternschaltung der Spulenstränge mehrfach ausgeführt wird.
Der erfindungsgemäße Stator des Antriebes besteht aus mindestens zwei Spulen, vorzugsweise wird eine größere Anzahl von Spulen verwendet. Die Spulen sind mindestens zwei Phasensträngen zugeordnet. Besonders günstig ist ein dreiphasiger Motor, da sich dieser zum einen bei besonders guten Antriebseigenschaften, wie einem hohen Wirkungsgrad und einem gleichmäßigen Schub, besonders kostengünstig fertigen lässt. Die Spulen können bei drei Phasen sowohl im Dreieck als auch im Stern verschaltet sein. Es können auch – bei entsprechendem Mehraufwand – Antriebsmotoren mit vier, fünf, sechs und mehr Phasen realisiert werden.
In der erfindungsgemäßen Schiebetür sind die Einzelspulen der Spulenanordnung vorzugsweise in Dreieckschaltung oder in Sternschaltung zwischen ein dreiphasiges Ansteuersystem geschaltet.
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 Antriebssystems 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,
– 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 Systems 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 gefer tigt 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 zwischen zwei parallelen oder wenig gegeneinander geneigten Flächen. Hier insbesondere zwischen einer Polfläche einer der (mindestens einen) Magnetreihe und einer dieser gegenüberliegend im Wesentlichen parallel dazu angeordneten Fläche der Spulenkerne der Spulenanordnung.
Bei der erfindungsgemäßen Trageinrichtung ist die Magnetreihe vorzugsweise parallel zur Tragrichtung und quer zur Antriebsrichtung magnetisiert.
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 wer den durch das vergleichsweise geringe Magnetvolumen zumindest kompensiert.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem oder kombinierte Trag- und Antriebssystem wird zum Antrieb mindestens eines Türflügels einer Schiebetür eingesetzt, die vorzugsweise als Bogenschiebetür oder Horizontal-Schiebewand ausgebildet ist. Es kann neben diesem Einsatz auch zum Antrieb von Torflügeln oder in Zuführeinrichtungen, Handlingseinrichtungen oder Transportsystemen eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nun anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine Querschnittsdarstellung einer Schiebetür nach einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung,
2 eine Prinzipdarstellung der Verschaltung der Steuerungseinheiten und der Energieversorgung mit dem Linearantrieb nach einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung, und
3 Varianten einer einfehlersicheren Verschaltung der Ständerspulen durch unabhängig verschaltete Zusatzspulen nach bevorzugten Ausführungsformen nach der Erfindung.
Die 1 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 Tragprofils 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 der Außenseite von dessen Boden 13 noch eine Skala 16 eines Wegmesssystemes angebracht, die mit einem in dem Tragprofil 6 vorgesehenen Messwertaufnehmer 17 kooperiert, um die Position des in dem Tragprofil 6 laufenden Tragschlittens 4 festzustellen.
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 dem Messwertaufnehmer 17 des 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.
Eine 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 2 zeigt eine Prinzipdarstellung der Verschaltung der Steuerungseinheiten und der Energieversorgung mit dem Linearantrieb nach einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung.
Der gezeigte Linearantrieb ist ein dreiphasiges System, bei dem drei Einzelspulen 2 der Spulenanordnung vier Einzelmagnete der Magnetreihe 1 gegenüberstehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zur Vereinfachten Darstellung 15 den Stator bildende Einzelspulen 2a, 2b, 2c und 12 den Läufer bildende Einzelmagnete gezeigt. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführung begrenzt und weist vorzugsweise eine größere Anzahl von Einzelspulen 2 und Einzelmagneten auf. An der mittleren Einzelspule sind ein Sensor 17 eines an eine Hauptsteuerung 24 angeschlossenen Wegmesssystemes für den Normalbetrieb und ein Sensor 23 eines an die Notsteuerung 20 angeschlossenen Wegmesssystemes für den Notfallbetrieb angeordnet. Diese Anordnung ist gewählt, da ein dort angeordneter Sensor die Türposition sowohl im vollständig geöffneten als auch im vollständig geschlossenen Zustand und in allen dazwischen liegenden Zuständen erfassen kann.
Von der Hauptsteuerung 24 kommende dreiphasige Motor-Stromleitungen 25 sind an einer Seite des Stators an diesen angeschlossen und von der Notsteuerung 20 kommende dreiphasige Motor-Stromleitungen 26 sind von der anderen Seite an den Stator angeschlossen. Die Hauptsteuerung 24 ist mit dem Stromversorgungsnetz 27 verbunden, hier z. B. mit einem 230 V Netz. Die Hauptsteuerung 24 versorgt die Notsteuerung 20 über Stromversorgungsleitungen 28 mit Energie. Weiter ist zwischen der Hauptsteuerung 24 und der Notsteuerung 20 eine Datenaustauschleitung 29 vorhanden, über die die Notsteuerung 20 einen Ausfall der Hauptsteuerung 24 erkennen kann.
Die Notsteuerung 20 ist weiter mit einem elektrischen Energiespeicher 21 verbunden, der im Falle des Ausfalles des Stromversorgungsnetzes 27 eine Energieversorgung der Notsteuerung 20 gewährleistet, damit diese die Schiebetür öffnen kann. Der elektrische Energiespeicher 21 wird von einer Überwachungseinheit 22 hinsichtlich des Ladezustandes und des Alterungszustandes überwacht. Die Überwachungseinheit 22 kann einzeln aufgebaut sein oder in die Notsteuerung 20 integriert sein.
Die 3 zeigt Varianten einer einfehlersicheren Verschaltung der Ständerspulen durch unabhängig verschaltete Zusatzspulen nach bevorzugten Ausführungsformen nach der Erfindung.
Grundsätzlich können die dreiphasigen Motor-Stromleitungen 25 von der Hauptsteuerung 24 an ein Ende von drei Phasenleitungen, je eine für die erste Phase, die zweite Phase und die dritte Phase, angeschlossen sein, an deren anderes Ende die dreiphasigen Motor-Stromleitungen 26 von der Notsteuerung 20 angeschlossen sind.
Um aber auch eine Sicherheit zu gewährleisten, wenn bezüglich dieser Redundanz ein Fehler auftritt, sind erfindungsgemäß ausschließlich mit der Notsteuerung 20 verbundene Zusatzspulen 30 vorgesehen, die ein Öffnen der Schiebetür bewirken können. Im oberen Teil der 3 ist gezeigt, dass diese Zusatzspulen 30 an beiden Enden des erfindungsgemäßen Stators in einer solchen Vielzahl und eine solche Länge überdeckend angeordnet sind, dass die gewünschte Funktionalität der Notfallöffnung der Schiebetür gewährleistet ist. Im gezeigten Beispiel überdecken die Zusatzspulen an jedem Ende des Stators einen Bereich, der einem Drittel der Länge der für den Normalbetrieb vorgesehenen Spulen entspricht. Im gezeigten Beispiel sind an jedem Ende drei Zusatzspulen 30 vorgesehen, während dazwischen neun Einzelspulen 2 für den Normalbetrieb liegen.
Die Anordnung hängt aber im Wesentlichen von den den Antrieb bestimmenden Abmessungen der Schiebetür, also der Statorlänge und der Läuferlänge, ab. Der mittlere Teil der 3 zeigt eine Anordnung, bei der drei Zusatzspulen 30 in der Mitte zwischen je neun für den Normalbetrieb vorgesehenen Einzelspulen 2 angeordnet sind und der untere Teil der 3 zeigt eine Anordnung, bei der sechs mit für den Normalbetrieb vorgesehenen Einzelspulen 2 abwechselnd angeordnete Zusatzspulen 30 in einem Mittelbereich des Stators angeordnet sind.
Durch die in tatsächlichen Anordnungen vorgesehene größere Anzahl von für Normalbetrieb bestimmten Einzelspulen 2 bei einer den obigen Ausführungsbeispielen entsprechenden Anzahl von Zusatzspulen 30 entstehen für den Normalbetrieb keine Nachteile hinsichtlich der Laufruhe oder allgemein der Ansteuerung der erfindungsgemäßen Schiebetür.
Der so mit einer Hauptsteuerung 24 und einer im Notfallbetrieb über einen elektrischen Energiespeicher 21 versorgte Notsteuerung 20 versehene Linearantrieb, wobei die Hauptsteuerung 24 und die Notsteuerung 20 in der Schaltungsanordnung 18 aufgebaut sein können, dessen Einzelspulen 2 in parallel zwischen die Antriebsphasen der Motor-Stromleitungen 25 von der Hauptsteuerung 24 und der Motor-Stromleitungen 26 von der Notsteuerung 20 geschaltete Spulengruppen aufgeteilt ist, die sternförmig oder ringförmig (Dreieckschaltung bei einem dreiphasigen System, Viereckschaltung bei einem vierphasigen System, ...) geschaltet sind, leistet alle oben allgemein beschriebenen Merkmale für eine Fluchtwegfunktion. Insbesondere wird die Einfehlersicherheit des mit einer Vielzahl von Einzelspulen versehenen Linearmotors ausgenutzt, um mittels minimaler zusätzlicher externer Beschaltung und minimalem zusätzlichen Verdrahtungsaufwand bei der Verschaltung der Einzelspulen eine Normgerechte Fluchtwegeigenschaft zu erreichen.

1: Magnetreihe
2a, b, c: Spule
3a, b, c: Spulenkern
4: Tragschlitten
5: Türflügel
6: Tragprofil
7: 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
15a, b: Laufflächen
16: Skala eines Wegmesssystemes
17: Messwertaufnehmer des Wegmesssystemes
18: Schaltungsanordnung
19: Verkleidung
20: Notsteuerung
21: elektrischer Leistungsspeicher
22: Überwachungseinheit
23: Notsteuerungs-Wegerfassungssystem
24: Hauptsteuerung
25: dreiphasige Motor-Stromleitungen von der Hauptsteuerung
26: dreiphasige Motor-Stromleitungen von der Notsteuerung
27: Netz-Energieversorgung
28: Stromversorgungsleitungen
29: Datenaustauschleitung
30: Zusatzspulen
a: Abstand
x: Antriebsrichtung
y: Querrichtung
z: Tragrichtung

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, einem elektrischen Leistungsspeicher (21), einer Notsteuerung (20), die mit dem elektrischen Leistungsspeicher (21) verbunden ist und die Schiebetür bei Stromausfall oder Versagen einer Hauptsteuerung (24) öffnen kann, und zwei oder mehr mit der Notsteuerung (20) verbundene Zusatzspulen (30) zum Öffnen der Schiebetür bei einer entsprechenden Ansteuerung.
Schiebetür nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinheit (22), die den Ladungs- und Alterungszustand des elektrischen Leistungsspeichers überwacht.
Schiebetür nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Notsteuerungs-Wegerfassungssystem (23), dessen Ausgangssignal an die Notsteuerung (20) geführt wird, die auf der Grundlage des empfangenen Ausgangssignales eine wegabhängige Kommutierung des magnetischen Antriebssystemes ausführt.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Notsteuerung (20) eine zeitgesteuerte Kommutierung des magnetischen Antriebssystemes ausführt.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einzelspulen (2) der Spulenanordnung aus einem ununterbrochenen Draht gefertigt sind.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlussleitungen für die Einzelspulen (2) der Spulenanordnung redundant ausgelegt sind.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelspulen (2) der Spulenanordnung in Dreieckschaltung zwischen ein dreiphasiges Ansteuersystem geschaltet sind.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelspulen (2) der Spulenanordnung in Sternschaltung zwischen ein dreiphasiges Ansteuersystem geschaltet sind.
Schiebetür nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mit der Magnetreihe (1) verbundene 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.