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Die
Erfindung betrifft einen Türantrieb
für eine
automatische Tür,
insbesondere für
eine automatische Schiebe- und/oder Aufzugstür, mit mindestens einem Türblatt,
umfassend einen Motor zum Erzeugen einer Antriebskraft und eine(n)
in Öffnungs- und
Schließrichtung
der Tür
geführten
Riemen oder Kette zur Übertragung
der Antriebskraft auf das Türblatt.
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Im
Bereich automatischer Türen,
insbesondere bei Aufzugstüren,
besteht ein Bedürfnis,
den Türantrieb
möglichst
kompakt zu bauen, weil der Türantrieb
für den
Nutzer des Aufzugs verblendet angebracht sein muss und somit der
Bauraum für
den Türantrieb
auch die Kompaktheit und die Kosten eines gesamten Aufzugsystems
beeinflusst.
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Bei
dem aus
DE 101 31
211 A1 bekannten Türantrieb
ist ein Motor mit Getriebe vorhanden. Getriebe erzeugen unerwünschte Geräusche und
Getriebeverluste und führen
wegen der hohen Anzahl beweglicher mechanischer Teile zu schnellem
Verschleiß und
Kosten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Türantrieb anzugeben, der die
Nachteile eines Getriebes vermeidet und dennoch kompakt aufbaubar
ist.
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Diese
Aufgabe wird bezogen auf den eingangs genannten Türantrieb
gemäß der Erfindung dadurch
gelöst,
dass ein Antriebsritzel oder Riemenrad zum Antrieb des Riemens bzw.
der Kette auf der Welle des Motors angebracht ist. Dadurch ergibt
sich einerseits der Vorteil einer kompakten Bauweise und andererseits
der Vorteil, dass der Riemen bzw. die Kette getriebelos und/oder
vorgelegelos von dem Motor antreibbar ist. Ein Getriebe würde die
axiale Ausdehnung des Gesamtsystems aus Mo tor und Getriebe im Vergleich
zu einem getriebelosen Antrieb deutlich erhöhen. Bei einem Vorgelege würde sich der
Bauraum ebenfalls erhöhen,
weil die Antriebskraft zunächst
von der Motorwelle über
das Vorgelege auf ein außeraxial
gelegenes Doppelritzel übertragen
werden müsste,
das seinerseits erst die Kette bzw. den Riemen antriebe.
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Das
Antriebsritzel bzw. Riemenrad ist insbesondere an einem freistehenden
Ende der Welle befestigt. Dadurch ergibt sich der Vorteil einer
universellen Integrierbarkeit ins Türsystem.
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Besonders
zweckmäßig ist
es, dass der Motor – vorzugsweise
vollständig – innerhalb
eines Türkämpfers oder
eines Türsturzes
am oberen Ende der Tür,
insbesondere oberhalb eines Fahrkorbes des Aufzugs, angeordnet ist.
Im Idealfall ist oberhalb des Fahrkorbs der Aufzugsanlage zur Installation
bzw. Montage des Türantriebs
kein Bauraum erforderlich. Hieraus ergeben sich spezielle Vorteile
im Vergleich zu einer Lösung
mit einem Vorgelege, bei welcher der Motor in der Regel oberhalb
des Türkämpfers angebracht
sein muss.
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Als
Türkämpfer wird
im Zusammenhang mit der Erfindung jeglicher fest in den Türrahmen
eingebaute Querbalken verstanden, insbesondere ein horizontales
Profil zwischen der unteren Türanlage
und einem oberen Teil, im Falle eines Aufzugs des oberen Teils des
Fahrkorbs. Der Türkämpfer ist
in der Regel oberhalb des oder der Türblätter der Tür angeordnet.
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Nach
einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Motor derart
angebracht, dass seine Welle senkrecht zur Öffnungs- und Schließrichtung
der Tür
und/oder horizontal ausgerichtet ist. Damit ist eine besonders kompakte
und in Bezug auf die Antriebskraft umlenkungsfreie und somit verlustarme
Anordnung möglich.
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Bei
einer derartigen Anbringung des Motors ergibt sich weiterhin der
Vorteil, dass ein und derselbe, beispielsweise als Ersatzteil vorgehaltene
Motor, sowohl am linken als auch am rechten Ende oder an einer beliebigen
Position dazwischen am Türkämpfer montiert
werden kann und somit die Unterscheidung zwischen linkem und rechtem
Wellenabgang, wie bei Getriebemotoren notwendig, entfallen kann.
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Nach
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
weist der Motor samt Antriebsritzel bzw. Riemenrad in Wellenrichtung
eine Ausdehnung von weniger als 100 mm, vorzugsweise von weniger
als 80 mm, auf. Außerdem
bevorzugt liegt der Durchmesser und/oder die Kantenlänge des
Motors im Bereich zwischen 50 mm und 200 mm, vorzugsweise im Bereich
zwischen 80 mm und 160 mm. Mit solchen Maßen ist der Motor samt Antriebsritzel
bzw. Riemenrad in einem Türsturz
oder Türkämpfer auch
mit besonders kleinen Abmessungen von Höhe und/oder Breite kleiner
als 110 mm unterbringbar.
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Vorzugsweise
ist die Länge
des Motors gemessen ohne Lager, Antriebsritzel und eventueller elektronischer
Komponenten kleiner als 60 mm, insbesondere kleiner als 36 mm.
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Außerdem vorzugsweise
ist die Länge
des Motors – gemessen
in einem Abstand von mindestens 35 mm von der Welle – ohne Lager,
Antriebsritzel und eventueller elektronischer Komponenten kleiner
als 60 mm, insbesondere kleiner als 36 mm.
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Eine
weitere zweckmäßige Auslegung
besteht darin, dass der Motor ein Antriebsmoment von mindestens
0,008 Nm/kg oder von mindestens 0,01 Nm/kg Türmasse aufweist, insbesondere
ein Antriebsmoment aus dem Bereich von 3,0 Nm bis 4,5 Nm, vorzugsweise
aus dem Bereich von 3,5 bis 4,0 Nm.
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Nach
einer weiteren ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Motor elektronisch kommutiert
und/oder bürstenlos
ausgeführt.
Damit lassen sich die vorgenannten Ausführungsformen in besonders vorteilhafter
und kompakter Weise realisieren.
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Bei
einem elektronisch kommutierten Motor ist das mechanische Kommutierungssystem,
d.h. die Kommutatorbürsten,
durch eine am Motor angebrachte Steuereinheit ersetzt, die auch
als BL-Controller
(brushless controller) bezeichnet wird. In ihm übernehmen beispielsweise mehrere
Hochstromsiliziumchips und ein programmierbarer Mikroprozessor die
Aufgabe des Bürstenapparates,
also des verschleiß-
und störanfälligen Zusammenwirkens
von Kupferlamellen und Schleifkohlen.
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Durch
den Wegfall des Bürstensystems
ergibt sich der Vorteil einer geringeren Geräuschentwicklung, der Vorteil
von geringerem Verschleiß und Kosten
durch eine geringere Anzahl beweglicher, mechanischer Teile sowie
der Vorteil von ausbleibender Verschmutzung durch Bürstenabrieb.
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Der
Motor ist außerdem
vorzugsweise als ein, insbesondere permanent erregter, Synchronmotor
ausgebildet.
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Der
Türantrieb
weist weiterhin vorzugsweise ein Steuergerät mit installiertem Steuerprogramm zum
Verfahren der Tür
in ihre Offen- und/oder in ihre Schließstellung auf.
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Das
Steuergerät
ist insbesondere derart hergerichtet, dass der Motor – zumindest
im Normalbetrieb – mit
einer Drehzahl von weniger als 600 U/min, vorzugsweise mit einer
Drehzahl von weniger als 500 U/min, betrieben wird.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist der Türantrieb
einen Winkelgeber zur Erzeugung eines zum Drehwinkel des Motors proportionalen
Winkelsignals auf, der vorzugsweise koaxial zur Motorwelle und insbesondere
auf der vom Antriebsritzel oder Riemenrad abgewandten Seite des
Motors angebracht ist.
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Das
Winkelsignal des Winkelgebers ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
zur Ansteuerung einer Kommutierungsschaltung zur elektronischen
Kommutierung des Motors verwendet.
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Nach
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
ist das Winkelsignal des Winkelgebers als Eingangsgröße einer
Türpositionssteuereinrichtung zugeführt.
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Ganz
besonders bevorzugt wird das Winkelsignal des Winkelgebers für beide
vorgenannte Zwecke verwendet, was in einer besonderen Ersparnis an
Bauraum, Aufwand und Kosten resultiert.
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Für eine kompakte
Ausführung
und insbesondere für
die Unterbringung innerhalb des Türkämpfers oder des Türsturzes
ist es besonders zweckmäßig, falls
der Winkelgeber in axialer Richtung eine Ausdehnung von max. 40
mm, vorzugsweise von max. 20 mm, aufweist.
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Insgesamt
ist eine Gesamtlänge
von Motor, Antriebsritzel bzw. Riemenrad und Winkelgeber in Wellenrichtung
von weniger als 110 mm, vorzugsweise weniger als 98 mm, zweckmäßig.
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Weiterhin
bevorzugt weist der Winkelgeber eine Auflösung von mindestens 10 bit/360°, insbesondere
von mindestens 11 bit/360° oder
von mindestens 12 bit/360°,
auf. Dies ist von besonderem Vorteil im Zusammenhang mit einem langsam
drehenden Motor hohen Drehmoments. Bei einem getriebelosen Antrieb
ist eine hohe zeitliche Auflösung auch
bei geringen Drehzahlen möglich.
Somit können
auch sehr langsame Türgeschwindigkeiten
bis hin zum Stillstand ausgeregelt werden. Weiterhin führt die
hohe Auflösung
bei einem getriebelosen Antrieb und insbesondere bei einer sinusförmigen Ansteuerung
des Motors zu einer nahezu oberwellenfreien Drehmomententfaltung,
welche sich durch sehr gute Rundlaufeigenschaften mit geringen Geräuschpegeln
auszeichnet.
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Ganz
besonders bevorzugt ist der Winkelgeber als Absolutwertgeber ausgebildet.
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Als
Absolutwertgeber wird im Zusammenhang mit der Erfindung ein Winkelmessgerät verstanden,
das eine Lageinformation in Form eines – ggf. codierten – Zahlenwertes
ausgibt, der über den
gesamten Auflösebereich
des Absolutwertgebers eindeutig ist, so dass keine anfängliche
Referenz- oder Eichfahrt, wie z.B. bei einem Inkrementalgeber, benötigt wird.
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Der
Absolutwertgeber kann vorzugsweise mindestens eine Umdrehung (360°) vollständig auflösen und
ist insbesondere als ein Single-Turn-Geber ausgebildet.
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Ein
Absolutwertgeber hat gegenüber
einem Hallgeber oder einem Quadraturencoder den Vorteil, dass die
Rotorposition zu jedem Zeitpunkt, also auch unmittelbar nach Zuschalten
des Stromversorgungsnetzes, unverzüglich zur Verfügung steht.
Es entfällt das
bisher nötige
Einsynchronisieren des Rotorwinkels anhand eines Referenzpunktes
oder anhand komplexer Berechnungen. Außerdem ergibt sich gegenüber einer
Resolverlösung
ein erheblicher Kostenvorteil beim Geber selbst, aber auch seitens
der Ausgestaltung des Steuergeräts
(Steuerelektronik). Gegenüber
einer Resolverlösung
ergibt sich außerdem
eine geringere Bauhöhe.
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Weiterhin
bevorzugt ist ein Winkelgeber vorhanden, der nach einem magnetischen
Prinzip arbeitet und insbesondere als magnetischer Absolutwertgeber
ausgebildet ist.
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Der
magnetische Absolutwertgeber oder Drehwinkelgeber arbeitet insbesondere
nach dem GMR-Effekt. Der GMR-Effekt (engl. Giant Magneto Resistance,
dt. „Riesen-Magnetwiderstand") ist ein quantenmechanischer
Effekt, der in dünnen
Filmstrukturen aus abwechselnd ferromagnetischen und nichtmagnetischen
Schichten beobachtet wird.
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Die
Auswertung erfolgt vorzugsweise in einer Wheatstone-Messbrücke. Diese
kann in den beiden Teilbrücken
ein Sinus/Cosinus-Signal liefern, wodurch sich jede Position im
Vollwinkel (360°)
identifizieren lässt.
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Der
magnetische Absolutwertgeber oder Drehwinkelgeber ist alternativ
durch Zusammenschalten mehrerer Hall-Geber, vorzugs weise 3 oder 6
Hall-Geber, gebildet. Eine intelligente Auswerteelektronik, z.B.
basierend auf DSP, ermöglicht
eine eindeutige Erfassung des gesamten Vollkreises.
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Die
Verwendung eines magnetischen Absolutwertgebers zur Positionsbestimmung
bei einer automatischen Tür
und/oder zur Kommentierung des Motors ist besonders vorteilhaft,
falls das Antriebsritzel oder Riemenrad unmittelbar auf der Welle
des Motors angebracht ist, jedoch ist die Verwendung des magnetischen
Absolutwertgebers zum Antrieb oder zur Steuerung einer automatischen
Tür auch
unabhängig
davon von Bedeutung und als davon unabhängige Lösung anzusehen, weil auch nur
so schon erhebliche Vorteile für
den Türantrieb
erzielbar sind:
- a) Die Rotorposition ist zu
jedem Zeitpunkt, also auch unmittelbar nach Einschalten der Strom- oder
Spannungsversorgung, bekannt, so dass die Notwendigkeit des Einsynchronisierens
des Rotorwinkels entfällt.
- b) Speziell führt
die hohe Winkelauflösung
zu einer hohen zeitlichen Auflösung
auch bei geringen Drehzahlen, so dass auch sehr langsame Geschwindigkeiten
bis hin zum Stillstand ausgeregelt werden können.
- c) Bei sinusförmiger
Ansteuerung des Motors ergibt sich eine nahezu oberwellenfreie Drehmomentenentfaltung,
welche sich durch sehr gute Rundlaufeigenschaften bei geringer Geräuschentwicklung
auszeichnet.
- d) Geringe Kosten.
- e) Geringe Bauhöhe.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines Türantriebs nach
der Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 5 näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Tür, für welche
ein Türantrieb nach
der Erfindung einsetzbar ist,
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2 eine
Frontansicht eines inneren Bereichs, eines so genannten Türkämpfers,
im oberen Teil der Tür
der 1,
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3 eine
Draufsicht auf das Innenleben des Türkämpfers der 2,
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4 Details
zur elektrischen Ausführung und
Ansteuerung des für
den Türantriebs
der 1 verwendeten Motors, und
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5 weitere
Details zu einem Winkelgeber für
die Ansteuerung des für
den Türantrieb
der 1 verwendeten Motors und für die Türlageermittlung.
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1 zeigt
eine Tür 1 eines
Aufzugs mit zwei gleich großen,
gegenläufig
bewegten Türblättern 2, 3.
Die Tür 1 ist
von einem Türstock 4 eingeschlossen,
der im oberen Bereich von einem Türkämpfer oder Türsturz 5 abgeschlossen
und abgestützt
ist. Bei geöffneten
Türblättern 2, 3 ist
der Zutritt zu einem dahinter angefahrenen Fahrkorb 6 des
Aufzugs möglich.
Die Öffnungs-
und Schließrichtung
der Türblätter 2, 3 ist
mit 7 bezeichnet. Die Türmasse
beträgt
bis zu 400 kg.
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2 zeigt
den Bereich des Türkämpfers 5 in
einer Frontansicht, wie er sich bei gegenüber 1 abgenommener
Kämpferblende
darstellen würde.
Innerhalb des Türkämpfers oder
des Türsturzes 5 ist
ein elektronisch kommutierter und bürstenloser, permanent erregter
Synchronmotor 10 derart angeordnet, dass seine Motorwelle 11 senkrecht
zur Öffnungs-
und Schließrichtung 7 und
horizontal, in der 2 senkrecht zur Zeichenebene,
verläuft.
Am freien Ende der Welle 11 ist ein Antriebsritzel, Antriebsrad
oder Riemenrad 12 oder dergleichen befestigt. Zusammen
mit einer am gegenüberliegenden Ende
des Türkämpfers 5 angebrachten
Umlenkrolle 14 führt
das Riemenrad 12 einen zähelastischen Zahnriemen 16,
der die Antriebskraft des Motors 10 auf die Türblätter 2, 3 überträgt.
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3 zeigt
die Anordnung der 2 in einer Ansicht von oben.
Es wird ersichtlich, dass der Motor 10 getriebelos auf
den teils aus Gummi gefertigten Zahnriemen 16 wirkt. Das
Riemenrad 12 sitzt direkt auf der Welle 11 des
Motors 10. Der Durchmesser D des Motors 10 beträgt 160 mm.
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Koaxial
zur Motorwelle 11, d.h. auf der dargestellten Drehachse
A des Motors 10, ist ein magnetischer Absolutwertwinkelgeber 20 angebracht.
Dieser wird in 4 näher erläutert. Die Tiefenausdehnung
L der gesamten Anordnung bestehend aus Motor 10, Antriebsrad 12 und
Winkelgeber 20 ist kleiner oder gleich 110 mm. Durch diese
flachbauende Ausführung
ist die gesamte Anordnung in dem Türkämpfer 5 oder Sturz
(engl.: lintel) mit sehr kompakten Maßen unterbringbar.
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In 4 ist
die gesamte Anordnung bestehend aus Motor 10, Antriebsrad 12 und
Winkelgeber 20 im Detail und Zusammenspiel mit einem dem
Türantrieb
zugeordneten Steuergerät 24 dargestellt. Nicht
nur der Motor 10, sondern auch der Winkelgeber 20 ist
besonders flachbauend ausgeführt:
Tiefenausdehnung
L2 des Winkelgebers 20: ca. 30 mm.
Tiefenausdehnung
L1 von Motor 10 samt Antriebsrad 12:
ca. 80 mm.
Gesamte Tiefenausdehnung oder Gesamtlänge L: weniger
als 110 mm.
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Der
Winkelgeber 20 befindet sich auf der dem Antriebsrad 12 abgewanden
Seite des Motors 10 und ist mittig bezüglich der Achse A des Motors 10 angebracht.
Der Drehwinkel φ ist
in der Figur angedeutet. Das Steuergerät 24 versorgt den
Motor 10 über
eine Leitung 28 gesteuert und/geregelt mit aus einer Energiequelle 26,
beispielsweise dem öffentlichen
Stromnetz, stammenden Energie. Der Winkelgeber 20 meldet über eine
Leitung 22 einen – analogen
oder codierten – Winkelzahlenwert
an das Steuergerät 24.
Die Auflösung
der Kombination aus Winkelgeber 20 und Steuergerät 24 beträgt 12 Bit,
so dass sich für
360° eine
Winkelauflösung
von 360°/4096
= 0,09° ergibt.
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In 5 ist
im Detail blockschaltbildartig dargestellt, wie das Winkelsignal 22 des
Winkelgebers 20 simultan für verschiedene Zwecke verwendet wird:
- a) Das Steuergerät 24 des Türantriebs
weist eine Kommutierungsschaltung 32 zur elektronischen Kommutierung
und/oder Sinusmodulation des als Synchron- oder Asynchronmotor ausgebildeten Motors 10 auf.
Der Kommutierungsschaltung 32 ist das Winkelsignal 22 zugeführt. Hierfür wird die hohe
Auflösung
des Winkelgebers 20 in vollem Umfang benötigt. Besonders
vorteilhaft ist diese Anordnung bei einem elektronisch kommutierten (EC)
und bürstenlosen,
permanent erregten Synchronmotor 10, vorzugsweise ohne
Getriebe, weil sich gegenüber
für die
Kommutierung eingesetzten Resolver-Drehmeldern ein erheblicher Preisvorteil
bei gleicher Funktionalität
ergibt. Bei einem EC-Motor kann die Kommutierungsschaltung 32 als
BL-Controller bezeichnet
werden.
- b) Das Steuergerät 24 des
Türantriebs
weist ferner als funktionelle Einheit eine Türpositionssteuereinrichtung 34 auf,
der ebenfalls das Winkelsignal 22 zugeführt ist. Die Türpositionssteuereinrichtung 34 regelt
den Türzustand
und/oder die Türposition.
Mit dem Winkelzahlenwert ist über den
Durchmesser des verwendeten Antriebsritzels 12 die Position
der Türblätter 2 und 3 bekannt,
so dass das Steuergerät 24 bzw.
die Türpositionssteuereinrichtung 34 in
bekannter Weise Betriebsfahrten in die Öffnungs- oder Schließstellung
oder Betriebstestfahrten zur Ermittlung solcher Endstellungen durchführen kann.
Hierfür wird
in der Regel eine niedrige und nicht die volle Auflösung des
Winkelgebers 20 benötigt.