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Die Erfindung betrifft eine Schließvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind motorisch betriebene Schließvorrichtungen aller Art bekannt, beispielsweise in Form vertikal beweglicher Garagentore, bei denen jederzeit die Gefahr des Einquetschens von Lebewesen oder Gegenständen besteht, welche sich in deren Bewegungsraum befinden oder in diesen eindringen. Dies wird durch Sicherheitseinrichtungen in Form von Kontakten oder Lichtschranken an einer unteren Kante eines vertikal beweglichen Tores bzw. an einer entsprechenden Seitenkante eines horizontal beweglichen Tores verhindert. Bei deren Aktivierung wird eine Bewegung des Tores sofort gestoppt. Einige Ausführungen dieser Sicherheitseinrichtungen werden von einer externen Energiequelle mit Energie versorgt und sind auch über Kabel mit einer Steuerung eines Antriebsmotors des Tores verbunden. Diese Kabel sind stets mit der jeweiligen Torbewegung mitzuführen. Andere Ausführungen dieser Sicherheitseinrichtungen arbeiten mit Batterien als Energieversorgung und mit einer Funkverbindung zwischen der Sicherheitseinrichtung und der Steuerung des Antriebsmotors.
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Aus der
DE 10 2007 032 855 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie an beweglichen Bauelementen bekannt. Dabei wird die vielfältig auftretende Bewegungsenergie an beweglichen Bauelementen zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt, indem die Bewegungsenergie durch einen Energieumwandler, angetrieben durch ein Getriebe und einen Umlenkhebel, in elektrische Energie umgewandelt wird, um in einem Energiespeicher gespeichert zu werden oder direkt von elektrischen Verbrauchern genutzt werden zu können.
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Des Weiteren sind in der
JP 10023729 A ein Stromerzeuger und ein elektronisches Gerät mit einem solchen Stromerzeuger offenbart. Um einen Leistungsverlust einer Batterie in einem elektronischen Gerät zu reduzieren oder um einen Austausch der Batterie unnötig zu machen, wird elektrische Energie durch eine Nutzung von Vibrationen, Windenergie oder Wellenbewegungen erzeugt. Dazu wird ein Magnet auf einer glatten Fläche einer Leiterplatte rollbar oder gleitbar positioniert. Der kugelförmige Magnet ist nahe flachen Leiterwicklungen derart positioniert, dass elektrische Energie erzeugt werden kann, wenn der Magnet durch Kippen oder Bewegen der Leiterplatte über die Leiterwicklungen rollt oder gleitet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schließvorrichtung mit einer verbesserten Energieversorgung anzugeben.
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Die Aufgabe wir erfindungsgemäß durch eine Schließvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Schließvorrichtung umfasst eine elektromotorisch bewegliche erste Komponente und eine statische zweite Komponente, wobei die Schließvorrichtung eine Sicherheitseinrichtung zur Überwachung der Bewegung der ersten Komponente und zum automatischen Unterbrechen der Bewegung der ersten Komponente in einem Sicherheitsfall aufweist.
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Die erste Komponente der Schließvorrichtung ist beispielsweise eine Einrichtung zum unmittelbaren oder mittelbaren Schließen einer Öffnung in einer Wand oder in einem Zaun, beispielsweise eine Tür, ein Tor oder ein Rollladen. Diese Einrichtung ist beispielsweise linear vertikal oder horizontal beweglich. Des Weiteren kann die Einrichtung auch vertikal oder horizontal schwenkbar oder klappbar sein, beispielsweise ein Schwenktor oder ein Klapptor. Mittels der Sicherheitseinrichtung ist ein Sicherheitsfall, d. h. eine Gefährdung von Lebewesen und/oder eine Beschädigung von Gegenständen durch die Bewegung der ersten Komponente, beispielsweise ein drohendes Einklemmen einer Person, erkennbar und dadurch verhinderbar.
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Erfindungsgemäß umfasst die Schließvorrichtung zumindest eine Vorrichtung zur Umwandlung von Bewegungsenergie der ersten Komponente in elektrische Energie für eine Energieversorgung der Sicherheitseinrichtung.
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Dadurch ist eine einfache Energieversorgung für die Sicherheitseinrichtung sichergestellt. Die Vorrichtung zur Umwandlung von Bewegungsenergie ist in unmittelbarer Nähe zur Sicherheitseinrichtung angeordnet. Auf diese Weise ist keine lange und stets mit der beweglichen ersten Komponente mitzuführende Verkabelung zur Energiezufuhr erforderlich. Des Weiteren ist auch keine rein batteriebetriebene Energieversorgung erforderlich, so dass ein plötzlicher Ausfall der Sicherheitseinrichtung mit der dadurch eintretenden drohenden Gefährdung von Lebewesen und/oder Beschädigung von Gegenständen durch eine unüberwachte Bewegung der beweglichen ersten Komponente sowie nachfolgende Wartungsarbeiten zum Batterietausch vermieden sind.
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In einer möglichen Ausführungsform sind dabei die bewegliche erste Komponente und die statische zweite Komponenten mittels der Vorrichtung zur Umwandlung von Bewegungsenergie magnetisch gekoppelt. Hierdurch können die Komponenten, d. h. bewegliche und statische Komponente, einfach ausgetauscht werden.
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Um eine erhöhte Leistung einer auf diese Weise realisierten Energiegewinnung zu erreichen, weist die Schließvorrichtung, besonders bevorzugt zwei oder mehrere dieser Vorrichtungen zur Umwandlung von Bewegungsenergie der ersten Komponente in elektrische Energie für die Energieversorgung der Sicherheitseinrichtung auf.
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Vorteilhafterweise ist die zumindest eine Vorrichtung als ein Lineargenerator oder als ein Rotationsgenerator ausgebildet, um die Energieversorgung auf effiziente und sichere Weise zu ermöglichen. Der Lineargenerator ist ein durch eine geradlinige Bewegung erregter Generator, der eine transversal mechanische Bewegung in elektrischen Strom umwandelt (auch Lineardynamo genannt). Der Rotationsgenerator ist ein durch eine Rotationsbewegung erregter Generator, der eine Rotationsbewegung in elektrischen Strom umwandelt. Anstelle der statisch zur Schließvorrichtung angeordneten Magneten beim Lineargenerator sind beim Rotationsgenerator die Magnete auf einer rotierenden Scheibe angeordnet. Dabei hängt die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe von der Schließgeschwindigkeit der Schließvorrichtung und den Scheibenabmessungen ab. Die Magnetfelder verlaufen im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse der Scheibe. Der Vorteil des Rotationsgenerators liegt darin, dass man gegenüber einer Anordnung der Magnete über die gesamte Länge der Schließvorrichtung beim Lineargenerator beim Rotationsgenerator eine kompakte Anordnung der Magnete auf der Scheibe verwendet. Dabei wird durch die Rotation der Scheibe und der darauf angeordneten Magnete eine Magnetfeldanordnung simuliert („Abwickeln der Magnete”), die im Wesentlichen der statischen Anordnung beim Lineargenerator entspricht.
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In einer ersten besonders vorteilhaften Ausführung ist der Lineargenerator als ein Bewegteisen-Lineargenerator mit statisch angeordneten Magneten ausgebildet. Dabei weist der Lineargenerator einen Stator in Form einer an der zweiten Komponente befestigten und parallel zu einer Bewegungsrichtung der ersten Komponente angeordneten Magnetleiste mit in Bewegungsrichtung der ersten Komponente abwechselnd magnetisch gepolten ersten und zweiten Bereichen auf. Des Weiteren weist der Lineargenerator eine an der ersten Komponente befestigte Induktionsspule auf, welcher bei einer Bewegung der ersten Komponente in Bewegungsrichtung an der Magnetleiste und damit den Stator entlang und an deren abwechselnd magnetisch gepolten ersten und zweiten Bereichen vorbei führbar ist.
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Diese Ausführungsform ist auf einfache Weise durch eine Anordnung der Magnetleiste über die gesamte Länge der Schließvorrichtung beispielsweise in oder an einer Führungsschiene zur Führung der beweglichen ersten Komponente realisierbar. Die Induktionsspule ist bei einer horizontal beweglichen ersten Komponente beispielsweise im Bereich einer Unterkante und bei einer vertikal beweglichen ersten Komponente im Bereich einer Seitenkante an der ersten Komponente befestigt und auf die Magnetleiste ausgerichtet. Durch eine Bewegung der ersten Komponente ist die Induktionsspule in einem sehr geringen Abstand an der Magnetleiste entlang führbar.
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In einer zweiten besonders vorteilhaften Ausführung ist der Rotationsgenerator als ein Bewegtmagnet-Generator ausgebildet. In dieser Ausführungsform weist die Schließvorrichtung eine an der ersten Komponente drehbar befestigte Scheibe beispielsweise in Form eines Reibrades auf, welche mit einer Umfangsfläche an der zweiten Komponente derart anliegt, dass sie durch eine Relativbewegung zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente drehbar ist.
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In einer bevorzugten Ausführung weist der Rotationsgenerator als Stator eine an der ersten Komponente befestigte Induktionsspule und als Rotor eine ebenfalls an der ersten Komponente befestigte Rotorscheibe auf. Dabei ist zumindest ein Magnet auf einer Kreisbahn um die Rotations- oder Drehachse der Rotorscheibe auf oder zumindest teilweise in der Rotorscheibe angeordnet oder es ist eine Mehrzahl von Magneten auf der Kreisbahn um die Rotations- oder Drehachse der Rotorscheibe gleichmäßig verteilt auf oder zumindest teilweise in der Rotorscheibe angeordnet. Jeder Magnet, vorzugsweise Stabmagnet, ist zweckmäßigerweise mit einer dessen magnetischen Pole verbindenden Achse parallel zur Rotationsachse der Rotorscheibe ausgerichtet. Darüber hinaus sind bei einer Mehrzahl von Magneten diese über einen Umfang der Kreisbahn jeweils abwechselnd polarisiert ausgerichtet. Die Induktionsspule ist seitlich der Rotorscheibe angeordnet und auf eine Seitenfläche der Rotorscheibe und auf die Kreisbahn derart ausgerichtet, dass bei einer Drehbewegung der Rotorscheibe, hervorgerufen durch eine vorzugsweise translatorische Bewegung der ersten Komponente, der zumindest eine Magnet oder die abwechselnd polarisiert ausgerichteten Magnete die Induktionsspule passieren.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist der Rotationsgenerator als Stator die an der ersten Komponente befestigte Induktionsspule und als Rotor die ebenfalls an der ersten Komponente befestigte Rotorscheibe auf, wobei ein Magnet, zweckmäßigerweise ein Stabmagnet, mit einer dessen magnetische Pole verbindenden Achse parallel zu einer durch die Rotationsachse der Rotorscheibe verlaufenden virtuellen Senkrechten ausgerichtet und auf oder zumindest teilweise in der Rotorscheibe angeordnet ist oder wobei der Magnet mit der dessen magnetische Pole verbindenden Achse senkrecht zur Rotationsachse der Rotorscheibe ausgerichtet und derart auf oder zumindest teilweise in der Rotorscheibe angeordnet ist, dass die Rotationsachse den Magneten zwischen dessen magnetischen Polen durchdringt, vorzugsweise mittig zwischen den Polen. Die Induktionsspule ist seitlich der Rotorscheibe außerhalb der Rotationsachse der Rotorscheibe angeordnet und auf eine Seitenfläche der Rotorscheibe und auf eine bei einer Drehbewegung der Rotorscheibe durch die Pole des Magneten gebildete Kreisbahn derart ausgerichtet, dass bei einer Drehbewegung der Rotorscheibe die Pole des Magneten die Induktionsspule passieren.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Rotorscheibe mit der durch die Relativbewegung zwischen der ersten und der zweiten Komponente bewegten Scheibe identisch. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Rotorscheibe mit der durch die Relativbewegung zwischen der ersten und der zweiten Komponente bewegten Scheibe über ein Übersetzungsgetriebe verbunden. Das Übersetzungsgetriebe weist vorzugsweise einen Freilauf auf. Die Rotorscheibe ist bevorzugt als Schwungrad ausgeführt. Dadurch ist bei einer durch die Relativbewegung zwischen den Komponenten hervorgerufenen Drehung der Scheibe mittels des Übersetzungsgetriebes eine schnellere Umdrehung der Rotorscheibe erzielbar, wodurch mittels der Vorrichtung zur Umwandlung von Bewegungsenergie mehr Energie erzeugbar ist. Durch die als Schwungrad ausgebildete Rotorscheibe und den Freilauf ist bei einer Beendigung der Bewegung der beweglichen ersten Komponente ein Nachlauf der Rotorscheibe ermöglicht, so dass noch über eine längere Zeit nach dem Stillstand der beweglichen ersten Komponente elektrische Energie erzeugbar ist.
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Diese Ausführungsformen der Vorrichtung zur Umwandlung von Bewegungsenergie unter Verwendung des Rotationsgenerators sind besonders einfach und kostengünstig realisierbar, da für die Scheibe beispielsweise ein bereits an der ersten Komponente zu deren Führung vorhandenes Führungsrad nutzbar ist. Dieses Führungsrad ist bei Nutzung als Rotorscheibe für den Rotationsgenerator lediglich mit einem oder mehreren Magneten zu bestücken oder mittels des Übersetzungsgetriebes mit der Rotorscheibe zu verbinden, welche dann einen oder mehrere Magnete aufweist. Die Induktionsspule ist dann entsprechend an der ersten Komponente so zu positionieren und zu befestigen, dass er auf den oder die Magneten der Rotorscheibe ausgerichtet ist und dass der Magnet oder die Mehrzahl von Magneten bei einer Drehbewegung der Rotorscheibe, welche unmittelbar oder über das Übersetzungsgetriebe mittelbar durch eine Bewegung der ersten Komponente, d. h. durch eine Relativbewegung der beweglichen ersten Komponente zur statischen zweiten Komponente verursacht ist, in einem sehr geringen Abstand an der Induktionsspule vorbei führbar ist/sind.
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Vorzugsweise ist die Induktionsspule als eine auf oder zumindest teilweise in einer Leiterplatte angeordnete planare Leiterbahnenspule ausgebildet. Die Leiterplatte ist vorzugsweise als eine flexible Leiterplatte, d. h. als eine so genannte Flex-Leiterplatte ausgebildet. Die Leiterplatte weist zudem vorzugsweise einen halben und offenen Magnetkern auf, so dass ein halboffener Planartransformator realisiert ist. Auf diese Weise ist eine Generatorfunktion verbessert, d. h. eine Energiegewinnung bei einem Vorbeibewegen der Induktionsspule an wechselnden Magnetfeldern der Magnetleiste bzw. bei einem Vorbeibewegen der wechselnd polarisierten Magnete an der Induktionsspule ist verbessert.
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Die Sicherheitseinrichtung kann beispielsweise Kontaktelemente an einer Kante der beweglichen ersten Komponente aufweisen. Besonders bevorzugt umfasst die Sicherheitseinrichtung jedoch eine Lichtschranke, welche mittels zumindest einer codiert gepulst aktivierten Lichtquelle einen Lichtstrahl erzeugt. Auf diese Weise ist ein geringer Energieverbrauch der Lichtquelle sichergestellt, da diese nicht ständig aktiviert ist. Um eine möglichst große Energieersparnis und eine sichere Funktion der Lichtschranke sicherzustellen, ist die Lichtquelle vorzugsweise als eine hoch effiziente Licht emittierende Diode (LED) ausgebildet. Zweckmäßigerweise weist die Lichtschranke eine Mehrzahl von Lichtquellen auf.
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Durch die codiert gepulste Aktivierung ist eine sichere Funktion der Sicherheitseinrichtung sichergestellt. Dadurch ist eine Unterbrechung der Lichtschranke beispielsweise bei einem Kontakt der beweglichen ersten Komponente mit einem Lebewesen oder einem Objekt oder Gegenstand tatsächlich als solche erkennbar und von einer Unterbrechung aufgrund einer Pause der Lichtquellenaktivierung unterscheidbar. Zudem ist eine Fehlfunktion aufgrund anderer Lichteinflüsse beispielsweise aus einer Umgebung der Lichtschranke durch die Codierung vermeidbar. Für eine sichere Funktion und eine optimierte Energieeinsparung ist beispielsweise ein Puls-Pause-Verhältnis von bis zu 1:1000 möglich, d. h. eine Einschaltzeit der Lichtquelle von 1 μs und eine nachfolgende Ausschaltzeit der Lichtquelle von bis zu 1 ms.
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Zweckmäßigerweise ist die Sicherheitseinrichtung über eine drahtlose Kommunikationsverbindung mit einer elektromotorischen Antriebseinheit der ersten Komponente verbunden. Dadurch ist auch zur Kommunikation mit der Sicherheitseinrichtung mit der Antriebseinheit, d. h. vorzugsweise mit einer Steuereinheit der Antriebseinheit, kein Kabel erforderlich, welches stets mit der sich bewegenden ersten Komponente mitzuführen wäre und dadurch einer erhöhten Beschädigungsgefahr ausgesetzt wäre. Besonders bevorzugt ist diese drahtlose Kommunikationsverbindung eine bidirektionale Kommunikationsverbindung und weist eine adaptive Kommunikationsleistungsregelung auf. Auf diese Weise ist eine Sendeleistung einer an der Sicherheitseinrichtung angeordneten Sendeeinheit auf ein notwendiges Mindestmaß reduzierbar, wodurch eine maximal mögliche Energieeinsparung realisierbar ist und eine ordnungsgemäße Funktion der Kommunikationsverbindung sichergestellt ist.
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Um eine ordnungsgemäße Funktion der Sicherheitseinrichtung jederzeit sicherzustellen, ist die Vorrichtung zur Umwandlung von Bewegungsenergie zweckmäßigerweise mit zumindest einem Energiespeicher gekoppelt. Dieser Energiespeicher ist beispielsweise als zumindest ein Akkumulator oder in einer besonders bevorzugten Ausführungsform als ein hoch kapazitiver Kondensator, insbesondere als ein Doppelschicht-Kondensator ausgebildet, d. h als ein so genannter Supercap. Derartige Doppelschicht-Kondensatoren weisen einen geringen Eigenverlust und eine hohe Lebensdauer auf, so dass Wartungsarbeiten zum Austausch eines verbrauchten Akkumulators entfallen.
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Des Weiteren weist die Schließvorrichtung vorzugsweise eine Überwachungseinrichtung für den Energiespeicher auf, mittels welchem bei einem zu geringen Energiegehalt eine Warnmeldung generierbar ist. Auf diese Weise sind ein unbemerkter Ausfall der Sicherheitseinrichtung und eine daraus resultierende Gefährdung von Lebewesen und Gegenständen vermieden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Schließvorrichtung, und
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2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Schließvorrichtung, und
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3 eine schematische Darstellung eines Bestandteils einer Schließvorrichtung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Schließvorrichtung 1 und 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Schließvorrichtung 1.
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Die Schließvorrichtung 1 weist in beiden Figuren eine elektromotorisch linear bewegliche erste Komponente 2 auf, im hier dargestellten Beispiel ein vertikal bewegliches Tor, beispielsweise ein Garagentor. Des Weiteren weist die Schließvorrichtung 1 eine statische zweite Komponente 3 auf, beispielsweise in Form von zwei seitlichen an einer Gebäudewand angebrachten Führungsschienen zur Führung der ersten Komponente 2.
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Um eine Gefährdung für Lebewesen, Objekte und/oder Gegenstände, welche sich in einem Bewegungsraum der ersten Komponente 2 befinden oder in diesen eindringen, beispielsweise durch ein Einquetschen zwischen einer Unterkante 4 der ersten Komponente 2. und einem Boden zu vermeiden, weist die Schließvorrichtung 1 eine Sicherheitseinrichtung 5 zur Überwachung der Bewegung der ersten Komponente 2 und zum automatischen Unterbrechen der Bewegung der ersten Komponente 2 in einem Sicherheitsfall auf.
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Diese Sicherheitseinrichtung 5 umfasst beispielsweise Kontaktelemente oder, wie hier dargestellt, eine Lichtschranke 6, welche in einem vollständig vom Außenlicht abgeschirmten verformbaren Hohlraum 7 innerhalb eines Kontaktwulstes 8, z. B. Gummiwulstes, an der Unterkante 4 der beweglichen ersten Komponente 2 angeordnet ist.
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Ein von einer Sensorelektronik 9 mittels zumindest einer Lichtquelle 10, bevorzugt mittels einer Mehrzahl von Lichtquellen 10 in Form von Licht emittierende Dioden an einem Ende des Kontaktwulstes 8 ausgesandter Lichtstrahl strahlt über eine gesamte Kantenlänge durch den Kontaktwulst 8 hindurch, an einem gegenüberliegenden Ende erfolgt eine Reflexion des Lichtstrahls durch einen dort befindlichen Spiegel, so dass der reflektierte Lichtstrahl von der Sensorelektronik 9 wieder detektierbar ist.
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In einem Sicherheitsfall erfolgt ein Quetschen des Kontaktwulstes 8, beispielsweise bei einem Auftreffen der Unterkante 4 der beweglichen ersten Komponente 2 auf ein Lebewesen oder einen Gegenstand, und daraus resultierend eine Unterbrechung des Lichtstrahls. Dies ist von der Sensorelektronik 9 detektierbar.
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Die Sensorelektronik 9 ist mit einer Funksende- und/oder -empfangseinrichtung 11 für eine drahtlose Kommunikationsverbindung mit einer in wenigen Metern Abstand befindlichen, nicht näher dargestellten Steuereinheit einer nicht dargestellten Antriebseinheit der beweglichen ersten Komponente 2 gekoppelt, wodurch im Sicherheitsfall die Bewegung der ersten Komponente 2 sofort automatisch unterbrechbar ist.
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Um eine Energieversorgung der Sicherheitseinrichtung 5 und der mit dieser gekoppelten Funksende- und/oder -empfangseinrichtung 11 sicherzustellen und sowohl eine aufwändige Kabelanbindung an eine abseits der ersten Komponente 2 befindliche Energiequelle als auch eine rein batteriegebundene Energieversorgung zu vermeiden, weist die Schließvorrichtung 1 zumindest eine Vorrichtung 12 zur Umwandlung von Bewegungsenergie der ersten Komponente 2 in elektrische Energie auf.
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Die Vorrichtung 12 ist insbesondere ein Generator. Hierdurch sind die bewegliche erste Komponente 2 und die statische zweite Komponente 3 magnetisch gekoppelt, so dass diese in einer anderen Ausführungsform der Erfindung ausgetauscht werden können. D. h. die erste Komponente 2 kann statisch und die zweite Komponente 3 beweglich ausgeführt sein.
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In der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform ist diese Vorrichtung 12 als ein Lineargenerator ausgebildet. Insbesondere ist der Lineargenerator als ein Bewegteisen-/Bewegtaktuator-Generator ausgeführt. Der Lineargenerator umfasst einen magnetisierbaren Stator in Form einer an der zweiten Komponente 3 befestigten und parallel zu einer Bewegungsrichtung B der ersten Komponente 2 angeordneten Magnetleiste 13. Die Magnetleiste 13 erstreckt sich bevorzugt über die gesamte Länge der Schließvorrichtung 1 und der ersten Komponente 2, z. B. dem Garagentor. Die Magnetleiste 13 umfasst in Bewegungsrichtung B der ersten Komponente 2 abwechselnd magnetisch gepolte erste und zweite Bereichen 13.1, 13.2, d. h. abwechselnd einen Nordpol N und einen Südpol S.
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Diese Magnetleiste 13, d. h. eine statische Leiste mit einem magnetischen Wechselfeld, ist vorzugsweise in einer der Führungsschienen der statischen zweiten Komponente 3 angeordnet. Die Magnetleiste 13 weist entweder eine Mehrzahl wechselnd gepolter Magnete auf oder ist selbst abwechselnd gepolt magnetisiert.
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Des Weiteren weist die Vorrichtung 12 eine an der ersten Komponente 2 befestigte Induktionsspule 14 in Form einer elektromagnetischen Spule auf, welche mit der Sensorelektronik 9 gekoppelt ist und welche bei einer Bewegung der ersten Komponente 2 in Bewegungsrichtung B in einem sehr geringen Abstand an der Magnetleiste 13 entlang und an deren abwechselnd magnetisch gepolten ersten und zweiten Bereichen 13.1, 13.2 vorbei führbar ist. D. h. die als elektromagnetische Spule ausgebildete Induktionsspule 14 bewegt sich zur Energieerzeugung mit der Unterkante 4 der als Tor ausgebildeten ersten Komponente 2 an dieser Magnetleiste 13 entlang, sodass während einer gesamten Bewegungszeit der ersten Komponente 2 Energie erzeugbar ist und der Sicherheitseinrichtung 5 zuführbar ist.
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Da die Energieerzeugung in unmittelbarer Nähe zur Sicherheitseinrichtung 5 und insbesondere ebenfalls an der beweglichen ersten Komponente 2 erfolgt, sind für die Energiezufuhr keine langen und stets mit der beweglichen ersten Komponente 2 mitzuführenden Kabel erforderlich, bei welchen durch die ständige Bewegung eine erhebliche Beschädigungsgefahr besteht.
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Vorzugsweise ist die Induktionsspule 14 als eine auf oder zumindest teilweise in einer Leiterplatte angeordnete planare Leiterbahnenspule ausgebildet. Die Leiterplatte ist vorzugsweise als eine flexible Leiterplatte, d. h. als eine so genannte Flex-Leiterplatte ausgebildet. Die Leiterplatte weist zudem vorzugsweise einen halben und offenen Magnetkern auf, so dass ein halboffener Planartransformator realisiert ist. Auf diese Weise ist eine Generatorfunktion verbessert, d. h. eine Energiegewinnung bei einem Vorbeibewegen der Induktionsspule 14 an wechselnden Magnetfeldern der Magnetleiste 13 ist verbessert.
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Eine während der Bewegung der Induktionsspule 14 durch die Wechsel-Magnetfelder in der Induktionsspule 14 induzierte Wechselspannung ist nach einer Gleichrichtung und Begrenzung in einem mit der Vorrichtung 12 gekoppelten Energiespeicher 15 speicherbar. Dieser Energiespeicher 15 ist beispielsweise als ein Akkumulator oder besonders bevorzugt als ein Kondensator, insbesondere als ein Doppelschicht-Kondensator ausgebildet, d. h als ein so genannter Supercap.
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Derartige Doppelschicht-Kondensatoren weisen einen geringen Eigenverlust und eine hohe Lebensdauer auf, so dass Wartungsarbeiten zum Austausch eines verbrauchten Akkumulators entfallen. Auf diese Weise steht stets ausreichend Energie für die Sicherheitseinrichtung 5 und die Funksende- und/oder -empfangseinrichtung 11 zur Verfügung.
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Hierbei ist darauf zu achten, dass ein Energieverbrauch während der Bewegung der ersten Komponente 2 deutlich geringer ausfällt als ein Energiegewinn durch den Elektromagnetismus. Deshalb ist der Lichtstrahl der Lichtschranke 6 vorzugsweise durch eine oder mehrere hoch effiziente Licht emittierende Dioden als Lichtquellen 10 erzeugbar, welche codiert extrem gepulst aktivierbar sind.
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Durch die codiert gepulste Aktivierung ist eine sichere Funktion der Sicherheitseinrichtung 5 sichergestellt. Dadurch ist eine Unterbrechung des Lichtstrahls der Lichtschranke 6 beispielsweise bei einem Kontakt der beweglichen ersten Komponente 2 mit einem Lebewesen oder einem Gegenstand tatsächlich als solche erkennbar und von einer Unterbrechung aufgrund einer Pause der Lichtquellenaktivierung unterscheidbar.
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Zudem ist eine Fehlfunktion aufgrund anderer Lichteinflüsse beispielsweise aus einer Umgebung der Lichtschranke 6 durch die Codierung vermeidbar. Für eine sichere Funktion und eine optimierte Energieeinsparung ist eine extrem gepulste Lichtquelle 10, welche beispielsweise ein Puls-Pause-Verhältnis von bis zu 1:1000 aufweist, möglich, d. h. beispielsweise eine Einschaltzeit der Lichtquelle 10 von 1 μs und eine nachfolgende Ausschaltzeit der Lichtquelle 10 von bis zu 1 ms.
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Ebenfalls vorteilhaft ist eine Ausbildung der drahtlosen Kommunikationsverbindung als eine bidirektionale Kommunikationsverbindung, welche eine adaptive Kommunikationsleistungsregelung aufweist, beispielsweise unter Verwendung zumindest eines hocheffizienten Funkbausteins. Ein derartiger Funkbaustein ist beispielsweise ein Funkbaustein nach dem so genannten ZigBee-Standard, Bluetooth-Standard oder einem anderen möglichen Funkstandard. Auf diese Weise ist eine Sendeleistung der an der Sicherheitseinrichtung 5 angeordneten Funksende- und/oder -empfangseinrichtung 11 auf ein notwendiges Mindestmaß reduzierbar, wodurch eine maximal mögliche Energieeinsparung realisierbar ist und eine ordnungsgemäße Funktion der Kommunikationsverbindung sichergestellt ist.
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Dabei sendet diese Funksende- und/oder -empfangseinrichtung 11 zunächst mit einer maximal möglichen Leistung und erhält eine Rückmeldung von einer weiteren, an der Steuereinheit der Antriebseinheit angeordneten Funksende- und/oder -empfangseinrichtung 11 über eine von dieser empfangene Leistung, so dass die Sendeleistung und dadurch der Energieverbrauch der Funksende- und/oder -empfangseinrichtung 11 soweit reduzierbar ist, dass sie für eine sichere Kommunikationsverbindung noch ausreicht.
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Durch derartige Energiesparmaßnahmen steht auch nach unter Umständen sehr langen Ruhezeiten, in welchen keine Bewegung der ersten Komponente 2 und dadurch keine Energieerzeugung stattfindet, noch eine ausreichende Restenergie für die Sicherheitseinrichtung 5 und die Funksende- und/oder -empfangseinrichtung 11 zur Verfügung, wobei diese während dieser Ruhezeiten zumindest in einem so genannten Sleep-Modus mit einem sehr geringen Energieverbrauch zur Verfügung stehen, um spätestens unmittelbar nach einer Bewegung der beweglichen ersten Komponente 2 und einer daraus resultierenden Energieerzeugung sofort mit voller Leistung verfügbar zu sein.
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Des Weiteren weist die Schließvorrichtung 1 vorzugsweise eine nicht näher dargestellte Überwachungseinrichtung für den Energiespeicher 15 auf, mittels welchem bei einem zu geringen Energiegehalt eine Warnmeldung generierbar ist. Auf diese Weise sind ein unbemerkter Ausfall der Sicherheitseinrichtung 5 und eine daraus resultierende Gefährdung von Lebewesen und Gegenständen vermieden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der zweiten Ausführungsform der Schließvorrichtung 1. Diese Ausführungsform ist mit Ausnahme der Vorrichtung 12 zur Umwandlung von Bewegungsenergie der ersten Komponente 2 in elektrische Energie für die Energieversorgung der Sicherheitseinrichtung 5 identisch mit der ersten Ausführungsform.
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Die Vorrichtung 12 zur Umwandlung von Bewegungsenergie der ersten Komponente 2 in elektrische Energie für die Energieversorgung der Sicherheitseinrichtung 5 ist als ein Rotationsgenerator ausgeführt. Der Rotationsgenerator ist als ein Bewegtmagnet-Generator ausgeführt. Der Rotationsgenerator weist ebenfalls die an der ersten Komponente 2 befestigte Induktionsspule 14 auf, welche in dieser Ausführungsform als Stator des Rotationsgenerators fungiert. Des Weiteren weist die als Rotationsgenerator ausgebildete Vorrichtung 12 eine an der ersten Komponente 2 vorzugsweise im Bereich der Unterkante 4 drehbar befestigte Scheibe 16 oder ein Rad auf, welches mit einer Umfangsfläche 17 an der zweiten Komponente 3 derart anliegt, dass es durch eine Relativbewegung zwischen der ersten Komponente 2 und der zweiten Komponente 3 drehbar ist.
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Diese Scheibe 16 läuft vorzugsweise in einer der Führungsschienen der statischen zweiten Komponente 3 und dreht sich bei einer Bewegung der ersten Komponente 2 ständig mit.
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In der dargestellten Ausführungsform ist diese Scheibe 16 selbst als eine Rotorscheibe des Rotationsgenerators ausgebildet, welche den Rotor des Rotationsgenerators bildet, und weist eine Mehrzahl von Magneten 18 auf, vorzugsweise Stabmagneten, welche auf einer Kreisbahn um eine Drehachse oder Rotationsachse 19 der Scheibe 16 und dessen Umfangsfläche 17 gleichmäßig verteilt auf oder zumindest teilweise in der Scheibe 16 angeordnet sind. Die Kreisbahn weist einen konstanten Radius zur Rotationsachse 19 auf. Jeder Magnet 18, d. h. das jeweilige Magnetfeld, ist mit einer die magnetischen Pole N, S verbindenden Achse parallel zur Rotationsachse 19 der als Rotorscheibe ausgebildeten Scheibe 16 ausgerichtet. Die Magnete 18 sind über einen Umfang der Kreisbahn jeweils abwechselnd polarisiert ausgerichtet.
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Die Induktionsspule 14 in Form der elektromagnetischen Spule ist seitlich der als Rotorscheibe ausgebildeten Scheibe 16 angeordnet und auf eine Seitenfläche 20 der Scheibe 16 und auf die Kreisbahn derart ausgerichtet, dass bei einer Drehbewegung D der Scheibe 16 die abwechselnd polarisiert ausgerichteten Magnete 18 die Induktionsspule 14 in einem sehr geringen Abstand passieren. Diese zweite Ausführungsform ist besonders kostengünstig herzustellen, insbesondere bei einer Verwendung eines ohnehin eingesetzten Führungsrades zur Führung der ersten Komponente 2, welches lediglich mit den Magneten 18 zu bestücken ist.
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Auch hier ist die Induktionsspule 14 vorzugsweise als eine auf oder zumindest teilweise in einer Leiterplatte angeordnete planare Leiterbahnenspule ausgebildet. Die Leiterplatte ist vorzugsweise als eine flexible Leiterplatte, d. h. als eine so genannte Flex-Leiterplatte ausgebildet. Die Leiterplatte weist zudem vorzugsweise einen halben und offenen Magnetkern auf, so dass ein halboffener Planartransformator realisiert ist. Auf diese Weise ist eine Generatorfunktion verbessert, d. h. eine Energiegewinnung bei einem Vorbeibewegen der wechselnd polarisierten Magnete 18 an der Induktionsspule 14 ist verbessert.
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In einer in 3 dargestellten alternativen Ausführungsform weist die als Rotorscheibe ausgebildete Scheibe 16, welche den Rotor des Rotationsgenerators bildet, lediglich einen beispielsweise als Stabmagnet ausgebildeten Magneten 18 auf. Dieser Magnet 18 ist in 3 in einer ersten Ausführungsform der Scheibe 16 als durchgezogene Linie dargestellt und in einer zweiten Ausführungsform der Scheibe 16 als gestrichelte Linie. In der ersten Ausführungsform ist der als durchgezogene Linie dargestellte Magnet 18 mit einer dessen magnetische Pole N, S verbindenden Achse senkrecht zur Rotationsachse 19 der Scheibe 16 ausgerichtet und derart auf oder zumindest teilweise in der Scheibe 16 angeordnet, dass die Rotationsachse 19 den Magneten 18 zwischen dessen magnetischen Polen N, S durchdringt, beispielsweise mittig zwischen den Polen N, S. In der zweiten Ausführungsform ist der als gestrichelte Linie dargestellte Magnet 18 mit der dessen magnetische Pole N, S verbindenden Achse parallel zu einer durch die Rotationsachse 19 der Scheibe 16 verlaufenden virtuellen Senkrechten ausgerichtet und auf oder zumindest teilweise in der Scheibe 16 angeordnet.
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Die in 3 nicht dargestellte Induktionsspule 14 ist seitlich der als Rotorscheibe ausgebildeten Scheibe 16 außerhalb der Rotationsachse 19 der Scheibe 16 angeordnet und auf die Seitenfläche 20 der Scheibe 16 und auf eine bei einer Drehbewegung D der Scheibe 16 durch die Pole N, S des Magneten 18 gebildete Kreisbahn derart ausgerichtet, dass bei einer Drehbewegung D der Scheibe 16 die Pole N, S des Magneten 18 die Induktionsspule 14 passieren. Auf diese Weise ist der Rotationsgenerator bereits unter Verwendung eines einzelnen Magneten 18 realisierbar.
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In einer weiteren alternativen nicht dargestellten Ausführungsform ist nicht die Scheibe 16 selbst als Rotorscheibe ausgebildet, sondern die Rotorscheibe des Rotationsgenerators, welche den Magneten 18 oder die Mehrzahl von Magneten 18 aufweist und den Rotor des Rotationsgenerators bildet, ist über ein Übersetzungsgetriebe mit der durch die Relativbewegung der Komponenten 2, 3 angetriebenen Scheibe 16 verbunden.
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Mittels des Übersetzungsgetriebes ist bei der Rotorscheibe des Rotationsgenerators eine höhere Drehzahl erzielbar als bei der durch die Relativbewegung der Komponenten 2, 3 angetriebenen Scheibe 16, wodurch mehr elektrische Energie erzeugbar ist. Vorzugsweise weist das Übersetzungsgetriebe einen Freilauf auf und die Rotorscheibe ist als ein Schwungrad ausgebildet. Dadurch ist nach einer Beendigung der Bewegung der beweglichen ersten Komponente 2 ein Nachlauf der Rotorscheibe, d. h. des Rotors des Rotationsgenerators ermöglicht, wodurch noch für eine längere Zeit nach der Beendigung der Bewegung der beweglichen ersten Komponente 2 elektrische Energie erzeugbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007032855 A1 [0003]
- JP 10023729 A [0004]
