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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Trennwand umfassend mehrere einzelne in einer gemeinsamen Laufschiene verfahrbaren Wandelemente, wobei jedes der Wandelemente einen Antrieb aufweist, der über mindestens eine Antriebsrolle kraftschlüssig an die gemeinsame Laufschiene gekoppelt ist, wobei an jedem Antrieb eine Messvorrichtung angeordnet ist, die ein Ist-Drehmoment des jeweiligen Antriebs ermittelt.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind mehrere Trennwände mit verschiebbaren Wandelementen bekannt. In der
EP 1 085 159 B1 ist eine Schiebestapelwand sowie ein Verfahren zu deren Betrieb offenbart, wobei die Schiebestapelwand mit einer Mehrzahl von einzelnen verschiebbaren Wandelementen ausgestaltet ist, wobei jedes der Wandelemente mittels wenigstens eines Fahrwerks in einer gemeinsamen Laufschiene seitwärts verfahrbar ist und wobei jedes der Wandelemente einen eigenen Antrieb mit einem elektrisch betriebenen Antriebsmotor aufweist. In jedem der Wandelemente ist eine lokale Steuerung vorgesehen, welche den Antriebsmotor des jeweiligen Wandelements steuert, wobei die lokalen Steuerungen mit einer zentralen Steuerung Informationen austauschen. In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist in jedem Wandelement ein Mittel vorgesehen, welches Informationen über die Bewegung des Wandelements aufnehmen und zur Weiterverarbeitung an die lokale Steuerung des Wandelements weiterleiten kann. Zum gezielten Verfahren der einzelnen Wandelemente in der Laufschiene ist eine zentrale Steuerung mit entsprechender Rechner- und Softwarekapazität vorgesehen, die mittels eines Datenbusses Daten mit lokalen Steuerungen austauscht, wobei die lokalen Steuerungen mit Mikroprozessoren ausgestattet sind und in den einzelnen Wandelementen untergebracht sind, um die Bewegung und den Ist-Zustand (Position, Verfahrgeschwindigkeit, Beschleunigen, Bremsen, Drehmoment des Antriebs) des jeweiligen Wandelements zu steuern und zu überwachen. Das Ansprechen eines speziellen Wandelements erfolgt dann über einen Adresscode, der das jeweilige Wandelement eindeutig charakterisiert. Der Antriebsmotor kann beispielsweise mit einem Drehwinkelgeber ausgestattet sein, der durch Integration des Drehwinkels den vom Wandelement zurückgelegten Weg zu bestimmen gestattet. Gleichzeitig können Strom und Spannung am Antriebsmotor gemessen und daraus Schlüsse auf die Belastung z. B. durch ein plötzliches auftretendes Hindernis im Verfahrweg des Wandelements gezogen werden, die zum Einleiten einer Notabschaltung herangezogen werden können. Weiterhin ist es denkbar, die Annäherung des Wandelements an ein Anderes durch einen Näherungssensor zu erfassen, und über die lokale Steuerung einen optimierten Annäherungsvorgang mit beispielsweise auf den letzten Zentimetern reduzierter Geschwindigkeit durchzuführen.
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Ein Nachteil dieser Schiebestapelwand ist, dass beispielsweise bei einem Durchdrehen der Antriebe in der Laufschiene bei einem lockeren Antriebszahnrad oder bei einem fehlerhaften Drehwinkelgeber die tatsächliche Position der einzelnen Wandelemente nur unzureichend festgestellt werden kann. Eine solche fehlerhafte Positionierung kann zu sicherheitsrelevanten Risiken, wie zum unbeabsichtigten Gegeneinanderfahren von meist aus Glas gefertigten Wandelementen sowie zur Gefährdung von Personen, führen.
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In
DE 196 48 248 C1 ist ein Verfahren zum automatischen Betrieb eines Trennwandsystems mit mehreren horizontalverschiebbaren Elementen offenbart. Zur Steuerung eines motorischen Betriebes ist eine speicherprogrammierbare Steuerung vorgesehen, wobei vor dem automatischen Betrieb eine Lernfahrt ausgeführt wird. Vor dem Beginn der Lernfahrt erfolgt eine Selbstkalibrierung der Motorsteuerung, bei der Kenndaten detektiert und gespeichert werden, die für den automatischen Betrieb des Trennwandsystems wenigstens ein Abbruchkriterium für das Anhalten der Verschiebebewegung der Kuppelvorrichtungen beim Auftreten statischer, dynamischer Fehler sowie Driftfehler bilden. Bei der Lernfahrt werden die Anzahl der Elemente, die Schließ- und Parkpositionen der Elemente sowie die Länge der Fahrstrecke ermittelt und gespeichert.
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Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, dass keine Überprüfung der tatsächlichen Position der einzelnen Wandelemente während des Betriebes erfolgt. Die Überwachung der Motorsteuerung erfolgt lediglich anhand einer vor dem Betrieb durchgeführten Selbstkalibrierung, bei der bestimmte Abbruchkriterien festgelegt werden.
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In der
EP 0 953 706 B2 ist eine Schiebestapelwand mit einer Mehrzahl von einzelnen verschiebbaren Wandelementen, die deckenseitig an einem horizontal verlaufenden Tragprofil angeordnet sind, offenbart. Jedes der Wandelemente weist einen eigenen Antrieb auf, welcher an dem Wandelement befestigt ist und über Antriebsmittel mit der Laufschiene in Eingriff steht. Die Antriebsmittel umfassen ein von dem Antriebsmotor angetriebenes Zahnrad, welches mit einem sich innerhalb der Laufschiene in Längsrichtung erstreckenden, gezahnten Profil in Eingriff steht, wobei das gezahnte Profil ein in die Laufschiene eingeschobener Zahnriemen ist. Das Zahnrad ist um eine vertikale Achse drehbar und greift in den vertikal angeordneten Zahnriemen ein. Die Kraftübertragung vom Antriebsmotor zum Zahnrad erfolgt über ein Winkelgetriebe.
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Ein Nachteil dieser Schiebestapelwand ist, dass die Kupplung des Antriebs an die Laufschiene formschlüssig erfolgt, indem das Zahnrad in den vertikal angeordneten Zahnriemen eingreift. Die Fertigung und die Integration des Zahnriemens und der Zahnräder in das Tragprofil erfordern daher einen hohen technischen Aufwand und sind mit hohen Herstellungskosten verbunden.
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Ein weiterer Nachteil dieser Schiebestapelwand ist, dass bei möglichen Störungsfällen während des Fahrbetriebs, wie bei Personen im Verfahrweg der Schiebestapelwand, es zu Personenschäden kommen kann, da die Zahnräder fest an den Zahnriemen gekoppelt sind und nicht durchdrehen können. Eine Notabschaltung kann daher nur elektronisch durchgeführt werden.
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EP 1 085 159 B1 offenbart eine Schiebestapelwand mit einer Mehrzahl von einzeln verschiebbaren Wandelementen, wobei jedes der Wandelemente mittels eines Fahrwerks in einer gemeinsamen Laufschiene seitwärts verfahrbar ist.
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In jedem der Wandelemente ist eine lokale Steuerung vorgesehen, welche den Antriebsmotor des jeweiligen Wandelements steuert und dass die lokalen Steuerungen mit einer zentralen Steuerung Informationen austauschen.
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In
DE 298 800 62 U1 ist eine automatische Türanlage mit mindestens einem Flügel offenbart, der mittels eines elektrischen Antriebsmotors angetrieben wird. Der Flügel ist über Laufrollen in einer ortsfesten Laufschiene geführt. Der Antriebsmotor des Flügels wird mittels einer Steuerungseinrichtung gesteuert, die einen Schlupf der angetriebenen Laufrollen, insbesondere beim Beschleunigen der Flügel, erkennt. Der Antriebsmotor wird mittels der Steuerungseinrichtung so angesteuert, dass beim Auftreten von Schlupf das Drehmoment der angetriebenen Laufrollen reduziert wird. Alternativ kann auch nach dem Auftreten von Schlupf der maximale Drehzahl und/oder das maximale Drehmoment in einer bestimmten Zeiteinheit geändert werden.
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Die Aufgabe dieser Erfindung besteht daher darin ein Verfahren zur Steuerung einer Trennwand mit mehreren verfahrbaren Wandelementen bereitzustellen, das einen einfachen Antrieb ermöglicht und einen sicheren und zuverlässigen Fahrbetrieb gewährleistet.
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Darstellung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Der Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung einer Trennwand umfassend mehrere einzelne in einer gemeinsamen Laufschiene verfahrbaren Wandelemente. Jedes der Wandelemente weist einen Antrieb auf, der über mindestens eine Antriebsrolle kraftschlüssig an die gemeinsame Laufschiene gekoppelt ist. An jedem Antrieb ist eine Messvorrichtung angeordnet, die ein Ist-Drehmoment des jeweiligen Antriebs ermittelt. Das ermittelte Ist-Drehmoment jedes der Antriebe wird anschließend an eine Steuerung übermittelt. Im weiteren Verfahrensschritt wertet die Steuerung das übermittelte Ist-Drehmoment jedes der Antriebe aus und bestimmt ein Soll-Drehmoment. Im weiteren Verfahrensschritt wird das Soll-Drehmoment an eine Zustandsregelung jedes der Antriebe übermittelt. Das Soll-Drehmoment jedes der Antriebe ist dabei mittels der Steuerung so gewählt, dass zwischen der Antriebsrolle und der Laufschiene eine Haftreibkraft größer als die erforderliche Antriebskraft ist.
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Die Trennwand kann zu einer ökonomischen Raumnutzung sowie Raumgestaltung dienen, wobei die Trennwand einen Raum in mehrere Bereiche aufteilt. Die Trennwand umfasst mehrere verfahrbare Wandelemente, die beispielsweise aus Glas gefertigt sein können und in unterschiedlichen Klemmprofilen eingefasst sein können. Die einzelnen Wandelemente können einen eigenen Antrieb, wie einen elektrischen Motor, aufweisen. Die einzelnen Wandelemente können manuell oder vollautomatisch verfahrbar sein, wobei eine zentrale Steuerung die Steuerung der einzelnen Wandelemente übernehmen kann. Die Trennwand weist eine gemeinsame Laufschiene auf, in der die einzelnen Wandelemente verfahrbar sind. In einer ausgefahrenen Stellung der Trennwand können die Wandelemente sich lückenlos aneinander anschließen oder vorgegebene Lücken aufweisen, um beispielsweise Durchgänge durch die Trennwand zu ermöglichen. In einer Parkstellung werden die einzelnen Wandelemente platzsparend abgestellt, wobei die einzelnen Wandelemente parallel zueinander senkrecht zur Laufschiene beziehungsweise parallel zur Laufschiene gestapelt werden können. Die gemeinsame Laufschiene kann beispielsweise an der Decke eines Raumes befestigt werden, wobei die einzelnen Wandelemente an der gemeinsamen Laufschiene aufgehängt sind. Die gemeinsame Laufschiene kann in Form eines U-Profils gefertigt sein, wobei die einzelnen Wandelemente an Befestigungsvorrichtungen angebracht sind, die auf Rollen innerhalb des U-Profils verfahrbar sind und durch einen Elektromotor angetrieben sind. Die einzelnen Wandelemente können auch über einen gemeinsamen Tandemantrieb oder über ein Seilzugsystem angetrieben sein.
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Der Antrieb kann ein synchroner Schrittmotor sein, der eine Motorwelle aufweist, die schrittweise durch ein rotierendes elektromagnetisches Feld mittels Statorspulen um einen Schritt in der Größe eines bestimmten Drehwinkels gedreht werden kann. Durch die Ansteuerung der Statorspulen kann das elektromagnetische Feld schrittweise um jeweils einen Schritt rotiert werden, sodass die Motorwelle ebenfalls schrittweise mitgedreht wird. Der Schrittmotor kann als ein Reluktanz-Schrittmotor mit einem Motor aus einem gezahnten Weicheisenkern, als ein Permanentmagnet-Schrittmotor mit einem Stator aus Weicheisen und einem Motor aus einem Dauermagneten oder als ein Hybrid-Schrittmotor mit einem Motor aus einem Dauermagneten und einem gezahnten Weicheisenkranz ausgestaltet sein. Zur Verkleinerung eines Schrittes des Schrittmotors kann die elektronische Schrittteilung verwendet werden. Dabei werden zwei aufeinanderfolgende Phasen nicht nur eingeschaltet beziehungsweise ausgeschaltet, sondern in bestimmten Stufen geregelt. Es können beispielsweise zwei gestufte Sinus-Funktionen angesteuert werden. Durch das Verhältnis der Amplituden der beiden Sinus-Funktionen zueinander ergeben sich die einzelnen Schritte zwischen den vollen Schritten. Die Schrittteilung bringt eine höhere Laufruhe und liefert eine höhere Winkelauflösung. Bei diesem Verfahren handelt es sich um eine so genannte Sinuskommutierung.
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Zwischen der Antriebsrolle und der Laufschiene kann ein Schlupf auftreten, falls die Antriebskraft größer als die anliegende Hafttreibkraft ist. Die Haftreibkraft zwischen den Antriebsrad und der gemeinsamen Laufschiene entspricht dabei einem Produkt aus einer auf das Antriebsrad wirkenden Normalkraft und einem Haft-Reibungskoeffizienten. Die Normalkraft kann dabei die auf das jeweilige Wandelement wirkende Gravitationskraft sein. Die Normalkraft kann auch durch einen Federmechanismus zwischen dem Antriebsrad und einer oberen Leiste der Laufschiene erzeugt sein, das das Antriebsrad an die Laufschiene drückt. Vor allem in starken Kurven der Laufschiene oder in unebenen Bereichen der Laufschiene kann die Haftreibkraft geringer als in den übrigen Bereichen der Laufschiene sein und damit zum Durchdrehen der Antriebsrollen führen.
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Jedes Wandelement kann von einer einzelnen Antriebsrolle oder von mehreren Antriebsrollen angetrieben sein. Die Zustandsregelungen der einzelnen Wandelemente können sogenannte Servoregelungen sein, die das Drehmoment des Antriebs einregeln, um das vorgegebene Soll-Drehmoment zu erreichen. Dabei kann das gemessene Ist-Drehmoment des Antriebs mit dem vorgegebenen Soll-Drehmoment verglichen werden. Falls eine Abweichung vorliegt, wird das Drehmoment entsprechend eingeregelt. Dies führt dazu, dass sich die Abweichung zum Soll-Drehmoment verringert. Diese Prozedur wird so lange wiederholt, bis das Ist-Drehmoment innerhalb der Toleranzgrenzen des Soll-Drehmoments liegt. Das Einregeln der Soll-Drehmomente kann dabei in einem geschlossenen Reglungskreislauf erfolgen.
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Die Messvorrichtung kann ein Drehgeber sein oder eine sonstige Messvorrichtung sein, die zur Messung eines Drehmoments geeignet ist. Mittels eines Drehgebers kann das Ist-Drehmoment aus einem Differenzwinkel aus einem Feldvektor des Antriebs und einem mechanischem Zeiger bestimmt werden. Dieser Differenzwinkel gibt Auskunft über das dem Antrieb gerade abgeforderte mechanische Ist-Drehmoment.
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Ein maximales Soll-Drehmoment wird in Abhängigkeit von der Position des jeweiligen Wandelements auf der gemeinsamen Laufschiene ermittelt und in einem Speicher abgelegt.
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Das maximale Soll-Drehmoment kann in Abhängigkeit von der Position als eine Funktion oder als eine Tabelle mit mehreren Werten für bestimmte Abschnitte abgelegt werden. Das maximale Soll-Drehmoment ist ein Grenzwert, der bei der Ansteuerung der Antriebe nicht überschritten werden darf. Die Funktion des Soll-Drehmoments von der Position auf der Laufschiene kann auch kontinuierlich angepasst werden, so dass während des Betriebs der Trennwand ein genaues Abbild dieser Abhängigkeit registriert wird und beim weiteren Betrieb ein Durchdrehen der Antriebsräder in der Laufschiene verhindert wird.
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Dadurch kann eine Verringerung der Reibung zwischen der Laufschiene und den Antriebsrollen in bestimmten Bereichen der Laufschiene registriert und beim weiteren Betrieb der Trennwand berücksichtigt werden. Der Speicher kann beispielsweise in der Steuerung integriert sein. Im Speicher kann beispielsweise die Funktion des maximalen Soll-Drehmoments in Abhängigkeit von der Position jedes der Wandelemente in separaten Datensätzen abgelegt werden. Alternativ kann auch ein Mittelwert aus den Funktionen aller Wandelemente gebildet werden, wobei diese gemittelte Funktion zur Begrenzung des Soll-Drehmoments verwendet wird.
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Ein Vorteil des erfinderischen Verfahrens ist, dass das Drehmoment der Antriebsrollen so gesteuert wird, dass die Antriebsräder in der Laufschiene nicht durchdrehen. Dadurch werden die Antriebsräder weniger stark abgenutzt und störende Geräusche beim Durchdrehen der Antriebsräder werden vermieden.
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Ein weiterer Vorteil des erfinderischen Verfahrens ist, dass die Positionierung der Wandelemente verbessert wird, da ein Schlupf beziehungsweise ein Durchdrehen der Antriebsräder zu einer Positionierungsungenauigkeit führen würde.
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Vorteilhafterweise kann der Antrieb ein Schrittmotor sein, wobei die Messvorrichtung ein Drehgeber sein kann. Die Messvorrichtung ist dabei so ausgestaltet, dass sie die Drehbewegung einer Motorachse des Schrittmotors misst. Das Ist-Drehmoment kann dabei unter Verwendung eines Differenzwinkels zwischen einem Feldvektor und einen mechanischen Zeiger jedes der Antriebe mittels des Drehgebers ermittelt werden.
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Dadurch ist die Messvorrichtung als ein Drehgeber ausgestaltet, der die Drehbewegung der Motorachse des Antriebs jedes der Wandelemente vermessen kann. Der Drehgeber wird auch als ein Inkrementaldrehgeber, Quadraturencoder, Drehencoder oder ein Drehimpulsgeber bezeichnet. Bei einer Ausführungsform des Drehgebers wird bei der Drehung der Motorachse an zwei Datenleitungen am Ausgang des Drehgebers ein sogenanntes Grey-Code-Signal erzeugt, wobei eine Greycodierte Wegmesssscheibe verwendet wird. Der Vorteil dieser Codierung ist, dass sich zwischen den benachbarten Codes der beiden Ausgangssignale nur 1 Bit ändert. Das ermöglicht die asynchrone Abtastung, ohne mehr als einen Schritt vom tatsächlichen Drehwinkel entfernt zu sein, weil maximal 1 Bit falsch erfasst sein kann. In einer zweiten Ausführungsform des Drehgebers zählt der Drehgeber ausgehend von einem Startpunkt Relativimpulse. Die beiden Ausgangssignale werden dann in einem Prozessor ausgewertet und eine Umdrehungszahl bestimmt. Aus der Phasenlage des ersten und des zweiten Ausgangssignals erkennt der Prozessor die Drehrichtung des Antriebs, wobei bei einer ersten Drehrichtung eine Flanke des ersten Signals vor einer Flanke des zweiten Signals und bei der entgegengesetzten Drehdichtung die Flanke des zweiten Signals vor der Flanke des ersten Signals ausgegeben wird. Der Drehgeber für einen Elektromotor hat in der Regel keine Rastpunkte, wobei die Drehbewegung der Motorachse durch optische Sensoren erfasst wird. Bei Vibrationen während des Betriebes des Antriebs können Messfehler des Drehgebers auftreten.
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Alternativ zum Drehgeber kann auch ein Resolver verwendet werden.
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In einem ersten Verfahrensschritte wird der Drehwinkel des Feldvektors des Antriebsmotors vermessen, der über eine Stromregelung eingestellt werden kann. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Drehwinkel des mechanischen Zeigers mittels des Drehgebers bestimmt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Differenzwinkel zwischen dem Drehwinkel des Feldvektors und dem Drehwinkel des mechanischen Zeigers bestimmt. Anschließend wird anhand des Differenzwinkels das gerade vom Antrieb abgeforderte mechanische Ist-Drehmoment berechnet. Die Regelung des Ist-Drehmoments kann daher durch eine Regelung des Differenzwinkels zwischen dem Drehwinkel des Feldvektors und dem Drehwinkel des mechanischen Zeigers erfolgen.
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Vorteilhafterweise kann der Schrittmotor unter Verwendung einer Sinuskommutierung betrieben werden.
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Dadurch wird eine höhere Laufruhe erreicht. Darüber hinaus wird durch die Schrittteilung mittels der Sinuskommutierung eine höhere Winkelauflösung erreicht.
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Vorteilhafterweise kann das maximale Soll-Drehmoment in Abhängigkeit von der Position als eine Wertetabelle im Speicher abgelegt werden.
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Die Wertetabelle kann beispielsweise Werte von maximalen Soll-Drehmomenten in bestimmten Abschnitten der Laufschiene beinhalten. In grafische Darstellung stellt die Wertetabelle damit eine Stufenfunktion dar.
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Das Verfahren zur Festlegung des maximalen Soll-Drehmoments läuft in mehreren Schritten ab. Im ersten Verfahrensschritt wird mittels der Messvorrichtung überwacht, ob die Antriebsräder sich in der Laufschiene durchdrehen. Sobald die Antriebsräder in einer bestimmten Position der Laufschiene durchdrehen, wird das Soll-Drehmoment für diese Position knapp unterhalb des gemessenen Ist-Drehmoments festgelegt, um bei weiterem Betrieb ein Durchdrehen der Antriebsräder zu verhindern. Die Überwachung erfolgt während des ganzen Betriebs, so dass das maximale Soll-Drehmoments schrittweise angepasst wird. Dadurch kann auch eine kurzzeitige Verminderung der Reibung an einer bestimmten Stelle der Laufschiene, wie beispielsweise durch Ölspuren auf der Laufschiene, registriert werden und das maximale Soll-Drehmoment für diesen Bereich der Laufschiene entsprechend angepasst werden.
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Vorteilhafterweise kann der Speicher in der Steuerung angeordnet sein. Darin kann das maximale Soll-Drehmoment in Abhängigkeit von der Position für alle Antriebe der Wandelemente abgelegt werden.
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Dadurch können die Grenzwerte für alle Wandelemente in Abhängigkeit von der Position zentral in der Steuerung abgelegt werden. Die Grenzwerte des Soll-Drehmoments unterschiedlicher Wandelemente können auch miteinander verglichen werden, um mögliche Funktionsstörungen der Antriebe beziehungsweise der Antriebsräder zu registrieren.
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Vorteilhafterweise kann der Antrieb über eine Brückenschaltung angesteuert werden.
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Die Brückenschaltung kann eine elektronische Vierquadranten-Brückenschaltung aus vier Halbleiterschaltern, meist aus (Feldeffekt-)Transistoren, sein, die eine Gleichspannung in eine Wechselspannung variabler Frequenz und variabler Pulsbreite umwandelt. Diese Schaltung wird auch ein Vierquadrantensteller genannt.
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Für die Ansteuerung eines zweiphasigen Schrittmotors werden zwei Vierquadrantenbrücken benötigt. Die Beschleuningung des Schrittmotors erfolgt durch eine Erhöhung einer Winkelgeschwindigkeit des Drehfeldes unter Beachtung eines maximalen Phasenversatzes zwischen dem mechanischen Phasenzeiger und dem elektrischen Phasenzeiger. Beim Bremsbetrieb wird die Drehfeldwinkelgeschwindigkeit kontinuierlich reduziert, so dass der Schrittmotor nicht außer Tritt gerät und der mechanische Phasenzeiger dem elektrischen Phasenzeiger folgt. Ein Notstop des Schrittmotors wird durch ein abruptes Anhalten des Drehfeldes erzielt. Dies ist jedoch gegebenenfalls mit einem Schrittverlust verbunden, der mittels des Drehgebers erkannt und korrigiert werden kann.
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Der vom Motor erzeugte Strom wird durch die ohmschen Verluste sowie durch eine entgegenwirkende elektromotorische Kraft (EMK), die proportional zur Winkelgeschwindigkeit des Rotors ist, begrenzt und die Leistung des Schrittmotors wird teils in mechanische Leistung und teils in Wärme umgewandelt. Diese Ausführungsform mit zwei Brückenschaltungen, die jeweils vier Transistoren aufweisen, ist zur Ansteuerung eines zweiphasigen Schrittmotors geeignet.
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Zur Ansteuerung eines dreiphasigen Schrittmotors bzw. eines dreiphasigen AC-Servomotors kann eine Brückenschaltung mit drei Zweigen und sechs Transistoren unter Beibehaltung des Ansteuerprinzips verwendet werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt die
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1 eine Skizze einer Trennwand umfassend mehrere einzelne Wandelemente;
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2 eine Skizze zur Verdeutlichung einer Haftreibkraft und einer Antriebskraft zwischen dem Antriebsrad und der Laufschiene;
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3 eine Skizze zur Verdeutlichung der Funktionsweise eines zweiphasigen Schrittmotors;
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4 eine Skizze zur Verdeutlichung der Funktionsweise einer zweifachen der Vierquadranten-Brückenschaltung;
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5 ein Funktionsdiagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Soll-Drehmoments von der Position in der Laufschiene;
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6 eine alternative stufenförmige Funktion des Soll-Drehmoments.
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Ausführungsbeispiele
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Die 1 zeigt eine Trennwand 1 umfassend mehrere einzelne Wandelemente 2, 3 und 4, die in einer gemeinsamen Laufschiene 5 verfahrbar sind. An den Wandelementen 2, 3 und 4 sind Antriebsrollen 6, 7 und 8 angebracht, die in der gemeinsamen Laufschiene 5 verfahrbar sind und an diese kraftschlüssig gekoppelt sind. Die Übertragung einer Antriebskraft von den Antriebsrollen 6, 7 und 8 auf die Laufschiene 5 erfolgt daher kraftschlüssig, so dass die maximal übertragbare Antriebskraft einer Haftreibkraft zwischen den Antriebsrollen 6, 7 und 8 und der Laufschiene entspricht. Jedes der Wandelemente 2, 3 und 4 weist einen eigenen Antrieb 9, 10 und 11 auf, der beispielsweise ein synchroner Schrittmotor sein kann. Der Antrieb 9, 10 und 11 kann entweder in jedem der Wandelemente 2, 3 und 4 integriert sein oder oberhalb der Wandelemente in der Höhe der Laufschiene 5 integriert sein. Zur Unterstützung sind an den Wandelementen 2, 3 und 4 Laufrollen 12, 13 und 14 angebracht, die wie die Antriebsrollen 6, 7 und 8 kraftschlüssig an die Laufschiene 5 gekoppelt sind. Die Wandelemente 2, 3 und 4 sind längst zur Laufschiene 5 in eine erste Richtung 15 oder eine zweite entgegengesetzte Richtung 16 verfahrbar. An jedem der Antriebe 9, 10 und 11 ist eine Messvorrichtung in Form eines Drehgebers 17, 18 und 19 angebracht, der eine Drehbewegung der Motorachse des Antriebs 9, 10 und 11 vermisst und aus der Anzahl der Umdrehungen der Motorachse eine Position der Wandelemente 2, 3 und 4 ermitteln kann. Mittels des Drehgebers 17, 18 und 19 kann auch ein mechanischer Zeiger der Drehachse ermittelt werden, der einen Drehwinkel der Drehbewegung des Antriebs 9, 10 und 11 angibt. Jedes der Wandelemente 2, 3 und 4 weist eine Zustandsregelung 20, 21 und 22 auf, die die vorgegebenen Soll-Werte einer zentralen Steuerung 23 einregelt. Insbesondere regelt die Zustandsregelung 20, 21 und 22 den in den Antrieb 9, 10 und 11 eingeprägten Feldvektor über die Regelung der Phasenströme. Die Zustandsregelung 20, 21 und 22 kann eine oder mehrere Brückenschaltungen umfassen, die zur Ansteuerung des Schrittmotors bzw. AC-Servomotors 9, 10 und 11 geeignet sind, wobei eine Gleichspannung in eine Wechselspannung mit variabler Frequenz und variabler Pulsbreite umgewandelt wird. Zur Ansteuerung eines zweiphasigen Schrittmotors 9, 10 und 11 sind zwei Brückenschaltungen mit je vier Transistoren und zur Ansteuerung eines dreiphasigen Schrittmotors beziehungsweise eines zweiphasigen AC-Servomotors ist mindestens eine Brückenschaltung mit sechs Transistoren vorgesehen. Durch die Veränderung der Frequenz und der Pulsbreite wird ein Feldvektor verändert, der einen Drehwinkel des magnetischen Feldes definiert. Aus einer Winkeldifferenz zwischen dem Feldvektor und dem mechanischen Zeiger kann dann das am Schrittmotor 9, 10 und 11 anliegende Ist-Drehmoment ermittelt werden. Das ermittelte Ist-Drehmoment wird, wie durch die Pfeile 24, 25 und 26 dargestellt, von der Messvorrichtung 17, 18 und 19 an die zentrale Steuerung 23 übermittelt. In der zentralen Steuerung 23 wird das übermittelte Ist-Drehmoment jedes der Antriebe 9, 10 und 11 ausgewertet und für jedes der Antriebe ein Soll-Drehmoment bestimmt, das an die Zustandsregelung 20, 21 und 22 jedes der Antriebe übermittelt wird, wie durch die Pfeile 27, 28 und 29 dargestellt ist. Das Soll-Drehmoment 27, 28 und 29 ist so bemessen, dass die Antriebsräder 6, 7 und 8 in der Laufschiene 5 nicht durchdrehen. Das heißt also, dass die Hafttragkraft zwischen den Antriebsrädern 6, 7 und 8 und der Laufschiene 5 größer ist als die Antriebskraft. Falls ein Antriebsrad 6, 7 oder 8 an einer bestimmten Position in der Laufschiene 5 durchdreht wird das ermittelte Ist-Drehmoment sprungartig geringer. Die zentrale Steuerung kann aus dem Verlauf des gemessenen Ist-Drehmoments daher ermitteln, an welcher Position welches Antriebsrad durchdreht. Für diese Position wird das maximale Soll-Drehmoment herabgesetzt. Das maximale Soll-Drehmoment in Abhängigkeit von der Position auf der Laufschiene 5 kann für alle Wandelemente 2, 3 und 4 in Form einer Tabelle oder in Form einer Funktion in einem gemeinsamen Speicher 30 abgelegt werden, der in der zentralen Steuerung 23 angeordnet sein kann. Das maximale Soll-Drehmoment wird solange herabgesetzt, bis das Antriebsrad 6, 7 und 8 in der Laufschiene 5 an der jeweiligen Position nicht mehr durchdreht. Daraus ergibt sich ein Verlauf des maximalen Soll-Drehmoments in Abhängigkeit von der Position der proportional zur Haftreibung zwischen den Antriebsrädern 6, 7 oder 8 und der Laufschiene 5 ist. Insbesondere in starken Kurvenverläufen der Laufschiene 5, in Bereichen mit einer unebenen Lauffläche 31 der Laufschiene 5 sowie in Bereichen der Laufschiene, die mit Öl verunreinigt sind, kann die Haftreibung erheblich geringer als in den übrigen Bereichen der Laufschiene 5 sein. Zusätzlich zum Drehgeber 17, 18 und 19 kann jedes der Wandelemente 2, 3 und 4 einen optischer Sensor 31, 32 und 33 aufweisen, der so gestaltet ist, dass mittels dieses optischen Sensors 31, 32 und 33 ein Positionsband 34 und/oder Positionsmarkierungen 35, 36 und 37 vermessen werden. Die Positionsmarkierungen 35, 36 und 37 können Barcodes sein, in denen die jeweilige Position dieser Barcodes relativ zur Laufschiene codiert ist. Das Positionsband 34 kann ein Muster aus mehreren senkrecht zum Verlauf des Positionsbands 34 angeordnete dunkle und helle Streifen aufweisen. Der optische Sensor 31, 32 oder 33 kann dann aus der Anzahl der einzelnen Streifen des Positionsbandes 34 sowie des Abstandes zwischen den Streifen eine absolute Position des jeweiligen Wandelements 2, 3 oder 4 in der Laufschiene bestimmen. Zum Abgleich der ermittelten Position kann die in den Barcodes 35, 36 und 37 codierte Position verwendet werden. Das mittels des Drehgebers 17, 18 oder 19 ermittelte Ist-Drehmoment wird dann in Abhängigkeit von der ermittelten Position des jeweiligen Antriebsrads 6, 7 oder 8 in der Laufschiene, wie durch die Pfeile 38, 39 und 40 dargestellt ist, in der zentralen Steuerung 23 ausgewertet.
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Die 2 zeigt zur Verdeutlichung einen Ausschnitt des ersten Wandelements 2 mit dem ersten Antriebsrad 6, das kraftschlüssig an die Lauffläche 31 der Laufschiene 5 gekoppelt ist. Der Pfeil 50 zeigt die Drehrichtung des Antriebsrads 6 an. Zwischen dem Antriebsrad 6 und der Laufschiene 5 entsteht eine Haftreibkraft 51 und eine entgegengerichtete Antriebskraft 52. Die Haftreibkraft 51 ergibt sich als Produkt aus der Normalkraft 53, die auf das Antriebsrad 6 wirkt und aus dem Haft-Reibungskoeffizienten zwischen dem Antriebsrad 6 und der Laufschiene 5, der abhängig von der Position in der Laufschiene variabel sein kann. Das Soll-Drehmoment 27, 28 oder 29 aus 1 wird so festgelegt, dass die Antriebskraft 52 geringer als die Haftreibkraft 51 ist, so dass das Antriebsrad 6 in der Laufschiene 5 nicht durchdreht.
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Die 3 zeigt den ersten Antrieb 9, der als ein zweiphasiger Schrittmotor ausgeführt ist. Der Schrittmotor umfasst einen Rotor 60, Statorspulen 61, 62 der ersten Phase sowie Statorspulen 63, 64 der zweiten Phase auf. Die Statorspulen 61, 62, 63 und 64 werden durch die Motorsteuerung 20, 21 und 22 aus 1 so gesteuert, dass ein schrittweise rotierendes elektromagnetisches Feld erzeugt wird, das den Rotor 60 schrittweise um einen bestimmten Winkel dreht. Die Ausrichtung des rotierenden elektromagnetischen Feldes kann durch den rotierenden Feldvektor 65 dargestellt werden, der um einen Drehpunkt 66 in eine Drehrichtung 67 rotiert wird. Bei einem lastfreien Betrieb des Schrittmotors 9 folgt der Rotor 60, dessen Ausrichtung durch einen mechanischen Zeiger 67 dargestellt ist, unmittelbar dem rotierenden Feldvektor 65, so dass der Differenzwinkel zwischen dem Drehwinkel des Feldvektors 65 und dem mechanischen Zeiger 67 null ist. Das Ist-Drehmoment des Antriebs 9 ist dann im Freilauf ebenfalls null. Bei einem Betrieb des Antriebs 9 unter Last läuft der mechanische Zeiger 67 dem Feldvektor 65 zeitverzögert hinterher, so dass aus dem Differenzwinkel 69 das jeweilige anliegende Ist-Drehmoment bestimmt werden kann. Zur elektronischen Schrittteilung werden die Spulen 61, 62 der ersten Phase und die Spulen 63. 64 der zweiten Phase nicht nur ein- und ausgeschaltet, sondern durch zweigestufte Sinus-Funktionen geregelt. Durch das Verhältnis der Amplituden der beiden Sinus-Funktionen ergeben sich Schritte zwischen den vollen Schritten. Die Schrittteilung wird meist als Mikroschrittbetrieb beziehungsweise Sinuskommutierung bezeichnet und hat den Vorteil einer höheren Laufruhe bei einem gleichmäßigen Drehmoment und kann im Rahmen der Fertigungsgenauigkeit eine höhere Winkelauflösung liefern.
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Die 4 zeigt eine Brückenschaltung 70 zur Ansteuerung der Spulen 61, 62 der ersten Phase und eine Brückenschaltung 71 zur Ansteuerung der Spulen 63, 64 der zweiten Phase. Bei der dargestellten Brückenschaltung handelt es sich um einen unabhängigen Vierquadrantensteller beziehungsweise um eine Vierquadrantenbrücke, die vier Transistoren umfasst.
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Die Vierquadrantenbrücken 70, 71 geben das Drehfeld des bipolaren Schrittmotors 9 aus 3 vor. Die Richtung des Drehfeldes ermöglichen eine Beschleunigung durch Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit des Drehfeldes bzw. eine Bremsung durch Reduktion derselben. Ein Wechsel der Drehrichtung geht mit einer Inversion der Drehrichtung des Drehfeldes einher.
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Als Antrieb 9 kann auch ein dreiphasiger Schrittmotor bzw. ein AC-Servomotor verwendet werden, der durch mindestens eine Brückenschaltung mit drei Zweigen und sechs Transistoren angesteuert wird.
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Die 5 zeigt einen Verlauf des Soll-Drehmoments 80 in Abhängigkeit von der Position 38 des ersten Antriebsrads 6.
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In einem Kurvenbereich 81 der Laufschiene 5, in einem zweiten Bereich 82 mit der unebenen Lauffläche 31 der Laufschiene 5 und in einem dritten mit Öl verunreinigten Bereich 83 ist die Haftreibung zwischen der Laufschiene 5 und der Antriebsrolle 6 geringer und dadurch auch das maximale Soll-Drehmoment herabgesetzt. Die dargestellte Funktion des maximalen Soll-Drehmoments ist in dem gemeinsamen Speicher 30 aus 1 abgelegt.
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Die 6 zeigt eine alternative stufenartige Funktion des maximalen Soll-Drehmoments in Abhängigkeit von der Position in der Laufschiene 5. Diese Funktion kann auch als eine Tabelle mit bestimmten Grenzwerten für bestimmte Bereiche der Laufschiene 5 abgespeichert sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trennwand
- 2
- Wandelement
- 3
- Wandelement
- 4
- Wandelement
- 5
- Laufschiene
- 6
- Antriebsrolle
- 7
- Antriebsrolle
- 8
- Antriebsrolle
- 9
- Antrieb; Schrittmotor
- 10
- Antrieb
- 11
- Antrieb
- 12
- Laufrolle
- 13
- Laufrolle
- 14
- Laufrolle
- 15
- erste Richtung
- 16
- zweite Richtung
- 17
- Messvorrichtung; Drehgeber
- 18
- Messvorrichtung; Drehgeber
- 19
- Messvorrichtung; Drehgeber
- 20
- Zustandsregelung
- 21
- Zustandsregelung
- 22
- Zustandsregelung
- 23
- zentrale Steuerung
- 24
- Ist-Drehmoment
- 25
- Ist-Drehmoment
- 26
- Ist-Drehmoment
- 27
- Soll-Drehmoment
- 28
- Soll-Drehmoment
- 29
- Soll-Drehmoment
- 30
- Speicher
- 31
- unebene Lauffläche
- 31
- optischer Sensor
- 32
- optischer Sensor
- 33
- optischer Sensor
- 34
- Positionsband
- 35
- Positionsmarkierung; Barcode
- 36
- Positionsmarkierung; Barcode
- 37
- Positionsmarkierung; Barcode
- 38
- Position in der Laufschiene
- 39
- Position in der Laufschiene
- 50
- Drehrichtung
- 51
- Haftreibkraft
- 52
- Antriebskraft
- 53
- Normalkraft
- 60
- Rotor
- 61
- Statorspule der ersten Phase
- 62
- Statorspule der ersten Phase
- 63
- Statorspule der zweiten Phase
- 64
- Statorspule der zweiten Phase
- 65
- rotierender Feldvektor
- 66
- Drehpunkt
- 67
- Drehrichtung
- 68
- mechanischer Zeiger
- 69
- Differenzwinkel
- 70
- Brückenschaltung
- 71
- Brückenschaltung
- 80
- maximales Soll-Drehmoment
- 81
- Kurvenbereich
- 82
- zweiter Bereich
- 83
- dritter Bereich
- 90
- maximales Soll-Drehmoment
