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Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Tor.
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Derartige Antriebssysteme werden im industriellen Bereich für Tore aller Art wie Kipptore, Sektionaltore, Drehtore, Schiebetore und dergleichen eingesetzt.
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Bei dem Betrieb derartiger Antriebssysteme wird der Antrieb des Antriebssystems nur innerhalb relativ kurzer Zeitintervalle dazu benötigt, das Tor zu öffnen und zu schließen. Größtenteils befindet sich der Antrieb des Antriebssystems in einer Ruhestellung, da das Tor nicht bewegt wird. In dieser Phase muss jedoch das Antriebssystem stets in einem Bereitschaftsmodus sein, da auf eine Bedieneranfrage das Tor sofort geschlossen oder geöffnet werden muss.
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In der
DE 2005 054 693 A1 wird vorgeschlagen, das Antriebssystem für ein Tor während des Bereitschaftsbetriebs, in welchem das Tor nicht bewegt werden muss, in einen Stand-by Betrieb zu versetzen, in welchen die Antriebskomponenten des Antriebssystems abgeschaltet sind. Diese Abschaltung erfolgt über eine Datenverarbeitungseinheit, welche von einer autarken Energiequelle wie einem Akkumulator beziehungsweise einem Solarmodul mit Strom versorgt wird.
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Das Vorsehen eines Solarmoduls bedingt jedoch einen relativ hohen Aufwand. Auch der Betrieb mit einem Akkumulator ist aufwändig, zumal für diesen in vorgegebenen Zeitintervallen eine Aufladung erforderlich ist.
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Aus der
DE 10 2008 014 734 A1 ist ein Antriebssystem für ein Tor bekannt, bei welchem Antriebskomponenten während des Bereitschaftsbetriebs in einem Stand-by Modus derart betrieben werden, dass sie stromlos geschaltet werden oder in ihrem Stromverbrauch reduziert werden. Hierzu sind geeignete Trennschaltungen vorgesehen, die die Antriebskomponenten von einer zentralen Stromversorgung in Form eines an einer Netzspannung anliegenden Netztransformators abkoppeln.
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Nachteilig hierbei ist, dass der Netztransformator selbst bereits zu unerwünscht hohen Verlusten im Bereitschaftsbetrieb führt. Soll auch der Netztransformator im Stand-by Betrieb noch abgeschaltet werden, müssen Kondensatoren als Energiespeicher vorgesehen sein, um das Antriebssystem soweit funktionsfähig zu halten, dass noch ein Übergang in den Arbeitsbetrieb durchgeführt werden kann, um das Tor öffnen oder schließen zu können. Dies jedoch ist deshalb nachteilig, da der Bereitschaftsbetrieb den Großteil der gesamten Betriebszeit ausmacht und die Aufrechterhaltung der Betriebsfähigkeit des Antriebssystems im Bereitschaftsbetrieb über Kondensatoren erhebliche kapazitive Speicherkapazitäten verlangt, so dass entsprechend viele und große Kondensatoren vorgesehen sein müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem für ein Tor bereitzustellen, welches bei geringem konstruktivem Aufwand wirtschaftlich und energiesparend arbeitet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Antriebssystem für ein Tor umfasst eine Antriebseinheit zum Öffnen und Schließen des Tors, wobei deren Stromversorgung über ein Hauptnetzteil erfolgt. Ein Steuerungsmodul ist vorgesehen, welches über ein an eine Netzspannung angeschlossenes Spannungsversorgungsmodul mit einer definierten Steuerspannung gespeist ist. Das Hauptnetzteil ist über einen Schalter an die Netzspannung angeschlossen, welcher von dem Steuerungsmodul steuerbar ist. In einem Arbeitsbetrieb ist der Schalter durch das Steuerungsmodul geschlossen und in einem Bereitschaftsbetrieb ist der Schalter durch das Steuerungsmodul geöffnet.
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Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem wird erreicht, dass die zum Öffnen und Schließen des Tors notwendigen Komponenten, insbesondere der Antrieb und die Leistungselektronik zur Steuerung des Antriebs, im Wesentlichen nur während des Arbeitsbetriebs, innerhalb dessen die Öffnungs- und Schließbewegung mit dem Tor durchgeführt wird, aktiviert sind.
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Während des Bereitschaftsbetriebs, in welchem keine Bewegung des Tors durchgeführt werden muss, sind die Komponenten des Antriebssystems mit hohem Verbrauch abgeschaltet und führen damit zu keinen Verlusten, so dass ein verlustarmer Bereitschaftsbetrieb im Stand-by Betrieb realisiert ist.
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Wesentlich hierbei ist, dass im Stand-by Betrieb nicht nur die Komponenten des Antriebssystems, die zum Schließen und Öffnen des Tors benötigt werden, also insbesondere der Antrieb und dessen Leistungselektronik, abgeschaltet sind, sondern auch das Hauptnetzteil als Hauptstromversorgung des Antriebssystems. Da das Hauptnetzteil einen sehr hohen Energieverbrauch aufweist, wird durch dessen Abschaltung im Stand-by Betrieb eine erhebliche Reduzierung der Verluste erreicht.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Antriebssystems besteht darin, dass das zur Umschaltung zwischen Arbeitsbetrieb und Bereitschaftsbetrieb, das heißt Stand-by Betrieb verwendete Steuerungsmodul von einem Spannungsversorgungsmodul mit einer Steuerspannung gespeist wird, wobei das Spannungsversorgungsmodul selbst an die Netzspannung angeschlossen ist. Das Spannungsversorgungsmodul arbeitet somit ohne autarke Energiespeichereinheiten wie Solarzellen, Akkumulatoren, Kondensatoren oder dergleichen. Die Energieversorgung erfolgt vielmehr einfach und zuverlässig über die Netzspannung.
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Für die im Stand-by Betrieb erzielte Reduzierung der Verluste ist es wichtig, dass das Spannungsversorgungsmodul im Vergleich zu dem Hauptnetzteil einen erheblich geringeren Energieverbrauch aufweist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Spannungsversorgungsmodul eine geringe Ausgangsleistung aufweist. Dies wiederum ist möglich, da das Spannungsversorgungsmodul selbst nur einen geringen Energieverbrauch hat.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht die Ausbildung des Spannungsversorgungsmoduls in Form eines Schaltnetzteils vor. Das Schaltnetzteil ist dabei in Form eines Sperrwandlers ausgebildet, welches einen besonders geringen Energieverbrauch aufweist. Alternativ kann das Spannungsversorgungsmodul von einem Hilfstransformator gebildet sein. Dieser Hilfstransformator weist eine kleine Baugröße auf und kann beispielsweise als Print-Transformator auf einer Leiterplatte ausgebildet sein. Auch in dieser Ausbildung weist das Spannungsversorgungsmodul eine sehr kleine Ausgangsleistung und einen geringen Energieverbrauch auf.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform bildet das Spannungsversorgungsmodul und daran angeschlossene und mit diesem gespeiste Einheiten einen ersten Schaltungszweig, der durch eine Diodenschaltung von einem zweiten Schaltungszweig mit dem Hauptnetzteil und daran angeschlossenen und von diesem gespeisten Einheiten getrennt ist.
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Durch die Trennung der Schaltzweige über die Diodenschaltung wird insbesondere eine Rückspeisung von dem Spannungsversorgungsmodul in das Hauptnetzteil vermieden, wenn dieses abgeschaltet ist.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist ein vom Spannungsversorgungsmodul gespeistes Funkmodul vorgesehen, wobei in Abhängigkeit von Funksignalen des Funkmoduls die Umschaltung des Schalters mittels des Steuerungsmoduls durchführbar ist.
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Besonders vorteilhaft stellen das Steuerungsmodul und das Funkmodul, welche beide vom Spannungsversorgungsmodul gespeist werden, die einzigen im Stand-by Betrieb eingeschalteten Komponenten des Antriebssystems dar, so dass die Energieverluste im Stand-by Betrieb äußerst gering sind.
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Das Funkmodul bildet eine Schnittstelle zur Eingabe externer Signale, die insbesondere für eine Aktivierung des Antriebssystems sorgen, damit das Tor geöffnet oder geschlossen wird. Insbesondere gibt ein Bediener über einen Sender Funksignale an einen Empfänger des Funkmoduls, wodurch der Stand-by Betrieb aufgehoben werden kann, damit dann das Tor geöffnet oder geschlossen werden kann.
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Prinzipiell kann auch durch Funksignale bedingt ein Übergang vom Arbeitsbetrieb in den Stand-by Betrieb verursacht werden, den das Steuerungsmodul durch Auslösen entsprechender Schaltvorgänge durchführt. Besonders vorteilhaft kann die Rückkehr in den Stand-by Betrieb auch zeitgesteuert über das Steuerungsmodul erfolgen.
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Besonders vorteilhaft ist die vom Spannungsversorgungsmodul generierte Steuerspannung eine Niederspannung.
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Demgegenüber generiert der Hilfstransformator eine Steuerspannung, welche höher ist als die Steuerspannung des Spannungsversorgungsmoduls.
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Durch die Ansteuerung des Steuerungsmoduls und des Funkmoduls mit einer niedrigen Steuerspannung wird ein energiesparender Stand-by Betrieb gewährleistet. Das Hauptnetzteil generiert dagegen kaskadenförmig unterschiedliche Steuerspannungen die für die einzelnen angeschlossenen Verbraucher optimiert sind. Da das Hauptnetzteil nur während des kurzzeitigen Arbeitsbetriebs aktiv ist, kann das Hauptnetzteil eine hohe Ausgangsleistung aufweisen. Damit kann das Hauptnetzteil ohne weiteres hinsichtlich der anschließenden Verbraucher optimiert werden, ohne dass gleichzeitig der Energieverbrauch des Hauptnetzteils reduziert werden müsste.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
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1: Blockschaltbild für ein Antriebssystem für ein Tor.
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1 zeigt schematisch den Aufbau eines Antriebssystems 1 zur Betätigung eines Tors, insbesondere eines Garagentors. Generell kann das Tor ein Kipptor, Sektionaltor, Drehtor oder Schiebetor sein. Das Antriebssystem 1 umfasst in bekannter Weise einen Antrieb 2, insbesondere einen Elektromotor, mit dem das Tor durch Verfahren eines Schlittens auf einer Schiene geöffnet oder geschlossen werden kann.
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Zur Stromversorgung des Antriebs 2 und der Leistungselektronik 3, welche den Antrieb 2 ansteuert, ist ein Hauptnetzteil 4 vorgesehen, welches an eine Netzspannung 5 angeschlossen ist. Die Netzspannung 5 ist wie üblich von einer Wechselspannung von 230 V und 50 HZ gebildet. Das Hauptnetzteil 4 weist einen Transformator auf sowie einen Gleichrichter. Weiterhin sind mehrere Spannungsregler vorgesehen, mit welchen unterschiedliche, kaskadierte Ausgangsspannungen U1, U2, U3 generiert werden. Im vorliegenden Fall betragen die einzelnen Spannungen U1 = 12 V, U2 = 24 V, U3 = 33 V.
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Die Ausgangsspannung U3 bildet eine Steuerspannung für die Leistungselektronik 3 des Antriebs 2. Die Leistungselektronik 3 weist eine Schaltungsanordnung auf, in welcher in Abhängigkeit von externen Steuerbefehlen die Steuerspannung durch eine Pulsweitenmodulation in eine modulierte Ausgangsspannung gewandelt wird, die unmittelbar die Drehzahl des Antriebs 2 vorgibt.
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Die weiteren Ausgangsspannungen U1, U2 definieren zwei unterhalb der Ausgangsspannung U3 liegende Spannungsebenen, mit welchen weitere, in 1 pauschal als ein Block dargestellte Schaltungsteile 6, die zum Antriebssystem 1 gehören, versorgt werden.
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Die Schaltungsteile 6 können beispielsweise externe Verbraucher umfassen, wie zum Beispiel ein Lichtschrankensystem zur Kontrolle und Überwachung der Öffnungs- und Schließbewegungen des Tors. Weiterhin können die Schaltungsteile 6 interne Verbraucher umfassen, wie zum Beispiel Mittel zur Strommessung im Antrieb 2 selbst. Die Strommessung kann beispielsweise für eine Kraftschaltung verwendet werden, das heißt eine Abschaltung der Torbewegung, wenn dieses gegen ein Hindernis aufläuft.
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Das Hauptnetzteil 4, welches einen hohen Stromverbrauch hat, ist über einen Schalter 7 in Form eines Relais, Halbleiterschaltung oder dergleichen an die Netzspannung anschließbar beziehungsweise von dieser abschaltbar.
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Der Schalter 7 wird von einem Steuerungsmodul 8 gesteuert, das im vorliegenden Fall aus einem einzelnen Prozessor besteht. Hierzu ist vom Steuerungsmodul 8 eine erste Steuerleitung 9a zum Schalter 7 geführt. Das Steuerungsmodul 8 steuert weiterhin auch die Leistungselektronik 3 und den Antrieb 2 und gibt damit insbesondere die Öffnungs- und Schließbewegungen vor. Hierzu ist eine zweite Steuerleitung 9b vom Steuerungsmodul 8 zur Leistungselektronik 3 geführt. Schließlich steuert das Steuerungsmodul 8 auch die Funktionen der diversen Schaltungsteile, wobei hierzu wenigstens eine weitere Steuerleitung 9c vorgesehen ist.
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An das Steuerungsmodul 8 ist ein Funkmodul 10 angeschlossen, welches insbesondere einen Empfänger zum Empfang von Funksignalen aufweist, die beispielsweise von einem Handsender, der von einer Bedienperson betätigbar ist, emittiert werden. Die Funksignale beinhalten Befehle zum Öffnen und Schließen des Tors, die im Steuerungsmodul 8 ausgewertet werden und in entsprechende Steuerbefehle für die angeschlossenen Einheiten umgesetzt werden.
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Das Steuerungsmodul 8 und das Funkmodul 10 sind an ein Schaltnetzteil 11 angeschlossen, welches ein Spannungsversorgungsmodul bildet, das an die Netzspannung angeschlossen ist. Das Schaltnetzteil 11 ist von einem Sperrwandler oder dergleichen gebildet. Anstelle eines Schaltnetzteils 11 kann prinzipiell auch ein Hilfstransformator als Spannungsversorgungsmodul verwendet werden. Ein derartiger Hilfstransformator kann als Print-Transformator auf einer Leiterplatte aufgebracht sein. Generell weist das Spannungsversorgungsmodul eine geringe Ausgangsleistung auf und hat damit einen erheblich geringeren Energieverbrauch als das Hauptnetzteil 4.
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Das Schaltnetzteil 11, das ständig an der Netzspannung anliegt, generiert eine Steuerspannung U0, die von einer Niederspannung gebildet ist. Dabei ist die Steuerspannung U0 des Schaltnetzteils 11 kleiner als die Ausgangsspannungen U1, U2, U3 des Hauptnetzteils 4. Im vorliegenden Fall beträgt die Steuerspannung U0 = 5 V.
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Mit der vom Schaltnetzteil 11 generierten Steuerspannung U0 erfolgt die Spannungsversorgung des Steuerungsmoduls 8 und des Funkmoduls 10. Dieser Schaltungszweig des Antriebssystems 1 ist von dem Schaltungszweig mit dem Hauptnetzteil 4 und den daran angeschlossenen Einheiten, nämlich der Leistungselektronik 3 und den Schaltungsteilen 6 durch eine Diodenschaltung entkoppelt. Die Diodenschaltung besteht im einfachsten Fall aus den in 1 dargestellten Dioden 12a, 12b, die insbesondere verhindern, dass bei ausgeschaltetem Hauptnetzteil 4 in diese eine Stromrückspeisung durch das Schaltnetzteil 11 erfolgt.
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Das Steuerungsmodul 8 übernimmt in dem Antriebssystem 1 gemäß 1 eine zentrale Steuerungsfunktion und sorgt insbesondere für eine Umschaltung zwischen einem Arbeitsbetrieb und einem Bereitschaftsbetrieb. Während des Bereitschaftsbetriebs erfolgt kein Öffnen und Schließen des Tors, das heißt der Antrieb muss das Tor nicht bewegen.
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Zur Umschaltung in den Bereitschaftsbetrieb generiert das Steuerungsmodul 8 ein Steuersignal, mit dem der Schalter 7 geöffnet wird, wodurch das Hauptnetzteil 4 und damit auch die an das Hauptnetzteil 4 angeschlossenen Einheiten von der Netzspannung getrennt sind und somit stromlos geschaltet sind. Damit wird ein Stand-by Betrieb des Antriebssystems 1 realisiert, in welchem nur noch das Steuerungsmodul 8 und das Funkmodul 10 über das Schaltnetzteil 11 an die Netzspannung angeschlossen sind. In diesem Stand-by Betrieb sind die Energieverluste erheblich reduziert, da das Hauptnetzteil 4 mit den angeschlossenen Einheiten vom Netz abgekoppelt ist. Das Schaltnetzteil 11 mit dem Steuerungsmodul 8 und Funkmodul 10 verbraucht dagegen nur sehr wenig Energie, so dass der Gesamtenergieverbrauch im Stand-by-Betrieb erheblich reduziert ist.
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Empfängt das Funkmodul 10 Funksignale, die einen Befehl zum Öffnen oder Schließen des Tors beinhalten, so schaltet das Steuerungsmodul 8 das Antriebssystem 1 in den Arbeitsbetrieb. Hierzu wird mittels des Steuerungsmoduls 8 der Schalter 7 geschlossen und damit das Hauptnetzteil 4 an die Netzspannung gelegt. Vorteilhaft erfolgt in dem Steuerungsmodul 8 eine Überprüfung, ob der Einschaltvorgang erfolgreich war und das Hauptnetzteil 4 mit den angeschlossenen Einheiten wieder funktionsfähig ist.
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Daraufhin generiert das Steuerungsmodul 8 Steuerbefehle für die Leistungselektronik 3, so dass diese eine Ausgangsspannung generiert, mit der eine bekannte Drehzahl des Antriebs 2 vorgegeben wird. Auf diese Weise wird der Antrieb 2 in Bewegung versetzt und sorgt für eine Öffnungs- oder Schließbewegung des Tors.
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Nach Durchführen der Bewegung des Tors überführt das Steuerungsmodul 8 durch Öffnen des Schalters 7 wieder in den Stand-by-Betrieb. Besonders vorteilhaft ist hierbei eine Zeitsteuerung vorgesehen, die dafür sorgt, dass der Übergang in den Bereitschaftsbetrieb nach einer vorgegebenen Zeitspanne nach Ende der Bewegung des Tors vorgenommen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebssystem
- 2
- Antrieb
- 3
- Leistungselektronik
- 4
- Hauptnetzteil
- 5
- Netzspannung
- 6
- Schaltungsteil
- 7
- Schalter
- 8
- Steuerungsmodul
- 9a
- Steuerleitung
- 9b
- Steuerleitung
- 9c
- Steuerleitung
- 10
- Funkmodul
- 11
- Schaltnetzteil
- 12a
- Diode
- 12b
- Diode
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2005054693 A1 [0004]
- DE 102008014734 A1 [0006]
