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Die Erfindung betrifft ein modulares Türantriebssteuerungssystem zur Steuerung und/oder Regelung von elektrischen Antriebsmotoren zum Öffnen bzw. Schließen von Türen oder Türflügeln in unterschiedlichen Applikationen wie z.B. in einem Aufzug, an einem Bahnsteig oder an einer Werkzeugmaschine. Die Erfindung betrifft ferner ein modulares Türantriebssystem mit einem derartigen Türantriebssteuerungssystem.
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Türantriebssteuerungen kommen in einer Vielzahl unterschiedlichen Applikationen zur Anwendung und müssen dort unterschiedliche Antriebsaufgaben realisieren. Beispiele hierfür sind der Antrieb von Türen, insbesondere Schiebetüren, in Aufzügen, auf Bahnsteigen zur Zutrittskontrolle zu Zügen, am Eingang und innerhalb von Gebäuden, oder zum Personenschutz im industriellen Umfeld, z.B. an Werkzeugmaschinen.
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Als elektrische Antriebsmotoren kommen beispielsweise Gleichstrommotoren oder neuerdings elektronisch kommutierte, bürstenlose, permanenterregte Synchronmotoren mit oder ohne einem nachgeschalteten Getriebe zum Einsatz.
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Es müssen dabei Türen mit nur einem einzigen Türflügel oder Türen mit zwei Türflügeln bewegt werden. Bei geringem Gewicht der Tür bzw. der Türflügel ist dabei üblicherweise nur ein einziger Antriebsmotor vorhanden, der beispielsweise über einen Zahnriemen und einen Umlenkmechanismus beide Türflügel bewegt. Schwere Türen besitzen wiederum für jeden der Türflügel einen oder sogar mehrere Antriebsmotoren. In manchen Anwendungen sind deshalb mehrere unterschiedliche Türen bzw. deren Türflügel zeitlich miteinander synchronisiert zu bewegen.
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Der Einsatz der Türantriebssteuerung kann dabei in unterschiedlichen Ländern mit Spannungsversorgungsnetzen mit unterschiedlichen Nennspannungen und Spannungsqualitäten erfolgen.
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Auch die Einbausituation für die Türantriebssteuerung und den Antriebsmotor kann von Fall zu Fall unterschiedlich sein.
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Bisher musste somit oftmals für jede Applikation bzw. Antriebsaufgabe eine jeweils gesonderte Türantriebssteuerung entworfen werden, was mit Aufwand und somit Kosten verbunden war.
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Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, den Aufwand für die Anpassung der Türantriebssteuerung an unterschiedliche Applikationen zu reduzieren.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch ein modulares Türantriebssteuerungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Türantriebssteuerungssystems sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche 1 bis 13. Ein modulares Türantriebssystem umfassend ein derartiges modulares Türantriebssteuerungssystem ist Gegenstand des Patentanspruchs 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Türantriebssystems sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche 15 bis 17.
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Ein erfindungsgemäßes modulares Türantriebssteuerungssystem zur Steuerung und/oder Regelung von elektrischen Antriebsmotoren zum Öffnen bzw. Schließen von Türen oder Türflügeln in unterschiedlichen Applikationen wie z.B. in einem Aufzug, an einem Bahnsteig oder an einer Werkzeugmaschine, weist zumindest eine applikationsunabhängig ausgebildete Motorsteuereinheit zur Erzeugung einer Ausgangsspannung zur Speisung eines daran angeschlossenen elektrischen Antriebsmotors und mehrere jeweils applikationsabhängig unterschiedlich ausgebildete Peripherieanpassungseinheiten zur Anpassung der Motorsteuereinheit oder mehrerer der Motorsteuereinheiten an eine der unterschiedlichen Applikationen auf. Die Motorsteuereinheit oder mehrere der Motorsteuereinheiten ist bzw. sind zur Übertragung elektrischer Leistung für den jeweils daran angeschlossenen Antriebsmotor über einen gemeinsamen Zwischenkreis, vorzugsweise einen Gleichspannungszwischenkreis, wahlweise mit jeder der Peripherieanpassungseinheiten verbindbar. Die zumindest eine Motorsteuereinheit weist dabei eine Einrichtung, vorzugsweise einen Mikrocontroller, zur Steuerung und/oder Regelung der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von über eine Kommunikationsverbindung erhaltenen Ansteuerbefehlen auf.
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Die Türantriebssteuerung für eine bestimmte Applikation setzt sich dann aus der speziell auf diese Applikation angepassten Peripherieanpassungseinheit und einer oder mehreren der applikationsunabhängigen Motorsteuereinheiten zusammen, die über einen Zwischenkreis miteinander verbunden sind.
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An der Motorsteuereinheit mit ihren üblicherweise vielen technisch besonders anspruchsvollen und komplexen Schnittstellen zum Antriebsmotor (z.B. für Sensorsignale von Drehzahlgebern) sind somit keine applikationsabhängigen Anpassungen notwendig, wodurch der bisher notwendige Aufwand für derartige Anpassungen und hierdurch bedingte Fehler vermieden werden können.
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Durch den Zwischenkreis, insbesondere einen Gleichspannungszwischenkreis, können dabei flexibel wahlweise eine oder mehrere Motorsteuereinheiten bzw. Antriebsmotoren auf einer gemeinsamen Kraftachse, d.h. mit gleicher Spannung und/oder Frequenz, betrieben werden. Hierdurch können beispielsweise schwere Türen anstatt mit einem großen Antrieb dann mit mehreren kleinen Antrieben angetrieben werden, die leichter in vorhandenen Einbauräumen untergebracht werden können, wodurch wiederum Anpassungsaufwand für den Einbau der Türantriebssteuerung bzw. des Türantriebs reduziert werden kann und sogar ganz neue Antriebskonzepte ermöglicht werden. Von großem Vorteil ist, dass durch die Peripherieanpassungseinheit ein einziger zentraler Einspeisepunkt und eine einzige zentrale Kommunikationsschnittstelle zu einer übergeordneten Steuerung bereitgestellt werden kann.
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Der Zwischenkreis kann auch genutzt werden, um mehrere Antriebsmotoren synchron zu betreiben oder um zur Energieeinsparung die anfallende Bremsenergie einiger Antriebsmotoren über den Zwischenkreis zur Beschleunigung anderer Antriebsmotoren zu verwenden.
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Die Peripherieanpassungseinheit kann auch für ein applikationsabhängiges Energiemanagement der Türantriebssteuerung bzw. des Türantriebs genutzt werden, z.B. um Standby-Verbräuche zu reduzieren (z.B. Abschalten von Entladewiderständen, komplette Abschaltung der Versorgung der über den Zwischenkreis angeschlossenen Motorsteuereinheit(en), Abtrennen der Netzversorgung). Weiterhin kann die Peripherieanpassungseinheit für ein Bereitstellen von erfassten Größen und Schaltungszuständen für die Motorsteuereinheit(en) genutzt werden.
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Die applikationsunabhängige Motorsteuereinheit kann bei Verwendung eines Mikrocontrollers die notwendige Rechenleistung für eine präzise Steuerung eines Leistungsteils, von Sicherheitsschaltungen und zugehöriger Sensorik aufweisen.
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Es kann somit ein modulares Türantriebssteuerungssystem mit einer Vielzahl von applikationsabhängigen Peripherieanpassungseinheiten und nur einer geringen Anzahl von applikationsunabhängigen Motorsteuereinheiten zur Verfügung gestellt werden, die ohne die Notwendigkeit spezieller Anpassungen für eine Vielzahl von Applikationen und Antriebsaufgaben eingesetzt werden können. Die Motoreinheiten sind dabei wiederverwendbar, können hinsichtlich ihrer Struktur optimiert werden und in hoher Stückzahl ohne Applikationsanpassung gefertigt werden.
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Die mit dem erfindungsgemäßen modularen Türantriebssteuerungssystem realisierten Türantriebssteuerungen ermöglichen aufgrund des Zwischenkreises auch eine räumliche Trennung der Peripherieanpassungseinheit von der (den) Motorsteuereinheit(en) und den daran angeschlossenen Antriebsmotoren. Hierdurch ist eine flexible Anpassung an unterschiedliche Einbauräume bzw. eine Optimierung des Bauraums der Motorsteuereinheit möglich, wodurch ebenfalls Anpassungsaufwand reduziert werden kann. Temperatur- oder EMV-empfindliche Bauteile können gezielt in der Peripherieanpassungseinheit untergebracht sein, wodurch der Aufwand für eine Kühlung oder für EMV-Maßnahmen vermieden werden kann. Im Fall von Aufzugtürantriebssteuerungen kann die Motorsteuereinheit beispielsweise auf der Oberseite des Aufzugsfahrkorbs oder an der Vorderseite des Aufzugsfahrkorbs über der Aufzugstür angeordnet werden. Die Peripherieanpassungseinheit kann dann beispielsweise hinter einem Schaltertableau im Innenraum des Aufzugsfahrkorbs mit Zugänglichkeit von diesem Innenraum angeordnet werden. Im Fall von Werkzeugmaschinen kann die Peripherieanpassungseinheit beispielsweise in einem Schaltschrank und somit mit einem verhältnismäßig kleinem Schutzgrad und die Motorsteuereinheit und der daran angeschlossene Antriebsmotor mit einem hohen Schutzgrad in der eigentlichen Werkzeugmaschine angeordnet sein.
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Die Peripherieanpassungseinheiten weisen vorzugsweise applikationsabhängige Eingangs-Schnittstellen, insbesondere für eine Spannungsversorgung, für Steuersignale und/oder für eine Kommunikation mit einer übergeordneten Steuerung, und applikationsunabhängige Ausgangs-Schnittstellen für einen Anschluss des Zwischenkreises und für eine Kommunikationsverbindung zu der (den) Motoreinheit(en) auf. Über die Kommunikationsverbindung kann zentral von einer Peripherieanpassungseinheit auch eine Programmierung einer Motoreinheit mit neuen Parametern oder neuer Firmware erfolgen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Peripherieanpassungseinheiten eine Einrichtung, vorzugsweise einen Mikrocontroller, zur Steuerung der Peripherieanpassungseinheit und zur applikationsabhängigen Erzeugung von Ansteuerbefehlen für die Motoreinheit(en) auf. Die Motoreinheit(en) ist (sind) dabei über die Kommunikationsverbindung wahlweise mit jeder der Peripherieanpassungseinheiten verbindbar, um die Ansteuerbefehle an die Motoreinheit(en) zu übertragen. Die Erzeugung der Ansteuerbefehle für die Motoreinheit(en) muss somit nicht in einer übergeordneten Steuerung, sondern kann in den Peripherieanpassungseinheiten erfolgen, wodurch Anpassungsaufwand in der übergeordneten Steuerung vermieden werden kann.
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Für eine Anpassung der Türantriebssteuerung an unterschiedliche Versorgungsnetze sind die Peripherieanpassungseinheiten vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie eine an einer applikationsabhängigen Schnittstelle für eine Spannungsversorgung anliegende applikationsabhängige Eingangsspannung in eine applikationsunabhängige Ausgangsspannung für den Zwischenkreis umwandeln.
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Die Peripherieanpassungseinheiten sind von Vorteil derart ausgebildet, dass sie eine oder mehrere der folgenden applikationsabhängigen Funktionen zur Aufbereitung einer eingangsseitigen Versorgungsspannung realisieren: Absicherung gegen Kurzschluss, Gleichrichtung der Versorgungsspannung, Netzfilterung für erhöhte elektromagnetische Störfestigkeit, Leistungsfaktorkorrektur, Schutz gegen Netzüberspannung bzw. -unterspannung.
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Weiterhin sind die Peripherieanpassungseinheiten vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie eine oder mehrere der folgenden applikationsabhängigen Funktionen für einen Bremsbetrieb der Antriebsmotoren realisieren: Ballastwiderstand einschließlich Ansteuerung zur Begrenzung einer Zwischenkreisspannung bei einem generatorischen Motorbetrieb, Speicherung der Bremsenergie für eine spätere Nutzung bei einer Beschleunigung, Rückspeisung von Bremsenergie in ein versorgendes Netz.
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Zur Sicherstellung einer zumindest vorübergehenden Aufrechterhaltung der Betriebsfähigkeit des Türantriebssteuerungssystems bei einem Ausfall einer externen Spannungsversorgung können die Peripherieanpassungseinheiten eine Notstromeinrichtung umfassen, die beispielsweise eine Umschaltung auf eine sekundäre Spannungsversorgung (z.B. eine Batterieversorgung) ermöglicht.
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Von Vorteil sind die Peripherieanpassungseinheiten derart ausgebildet, dass sie ein applikationsabhängiges Bedienen und Beobachten der Türantriebssteuerung ermöglichen und somit die Inbetriebnahme, den Betrieb und die Wartung der Türantriebssteuerung erleichtern.
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Die Peripherieanpassungseinheiten sind außerdem vorzugsweise ausgebildet zur zeitlichen Synchronisation von Bewegungsvorgängen von Antriebsmotoren bei mehreren daran angeschlossenen Motorsteuereinheiten.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Peripherieanpassungseinheit eine Einrichtung zur Ankopplung an ein Cyber-Physisches System auf. Darunter ist ein Verbund informatischer, softwaretechnischer Komponenten mit mechanischen und elektronischen Teilen zu verstehen, die über eine Dateninfrastruktur, wie z.B. das Internet, miteinander kommunizieren. Hierdurch ist eine Einbindung der Türantriebssteuerung in sich selbstorganisierende, adaptive Energiemanagementsysteme möglich. Die Einrichtung zur Ankopplung an ein Cyber-Physisches System umfasst dabei von Vorteil eine Echtzeit-Ablaufumgebung und ein System von Regeln, dem die Türantriebssteuerung innerhalb ihr vorgegebener Grenzen und der von anderen an das Cyber-Physisches System angekoppelten Systemen (z.B. anderen Türantriebssteuerungen) gemeldeten aktuellen Situationen flexibel folgt, so dass eine bestimmt Aufgabe (z.B. eine Vorgabe hinsichtlich des Gesamtenergieverbrauchs) durch das Gesamtsystem regelgesteuert in Echtzeit zu bewältigen ist. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass die Peripherieanpassungseinheit zu bestimmten Zeiten (z.B. am Wochenende, an Feiertagen, in Ferienzeiten, an Betriebsschließungstagen) Standby-Verbräuche reduziert (z.B. Abschalten von Entladewiderständen, komplette Abschaltung der Versorgung der über den Zwischenkreis angeschlossenen Motorsteuereinheit(en), Abtrennen der Netzversorgung).
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Die Motorsteuereinheit(en) weist (weisen) vorzugsweise applikationsunabhängige Eingangs-Schnittstellen, insbesondere für eine Anschluss an den Zwischenkreis und für eine Kommunikationsverbindung zu einer Peripherieanpassungseinheit, und applikationsunabhängige Ausgangs-Schnittstellen, insbesondere für einen Anschluss eines Antriebsmotors, auf.
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Weiterhin weist (weisen) die Motorsteuereinheit(en) von Vorteil zumindest einen sicheren Eingang für eine Erfassung sicherheitsrelevanter Informationen auf, wodurch eine Verarbeitung dieser sicherheitsrelevante Informationen und Erzeugung entsprechender Sicherheitsreaktionen dezentral direkt vor Ort bei einem Antriebsmotor ermöglich wird.
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Ein erfindungsgemäßes modulares Türantriebssystem umfasst ein vorstehend erläutertes Türantriebssteuerungssystem erweitert um mehrere unterschiedliche applikationsunabhängig ausgebildete Antriebseinheiten mit jeweils einem Antriebsmotor zum Anschluss an die Motoreinheit(en).
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Die Antriebseinheit kann dabei einen elektrischen Motor aufweisen, der als ein getriebeloser um eine Drehachse rotatorisch drehender Motor ausgebildet ist, dessen Ausdehnung in Richtung der Drehachse kleiner als dessen Ausdehnung senkrecht zur Drehachse ist (manchmal auch als „Flachmotor“ bezeichnet). Ein derartiger Motor kann mit seiner Drehachse senkrecht zur Bewegungsrichtung der Tür und somit ohne Notwendigkeit eines nachgeschalteten Getriebes besonders einfach über der Aufzugtür an der Frontseite eines Aufzugfahrkorbs angeordnet werden.
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Alternativ kann die Antriebseinheit einen um eine Drehachse rotatorisch drehenden elektrischen Motor mit einem abtriebsseitig nachgeschalteten Getriebe, insbesondere einem Winkelgetriebe, aufweisen. Ein derartiger Motor mit Getriebe kann ebenfalls über der Aufzugtür an der Frontseite einer Aufzugkabine angeordnet werden, wobei seine Drehachse dann in Bewegungsrichtung der Tür verläuft.
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Zur Vereinfachung der Montage vor Ort und zur Vermeidung von Fehlanschlüssen kann in diesen beiden Fällen die Motorsteuereinheit mit dem daran angeschlossenen Motor mechanisch verbunden sein und insbesondere eine Vormontageeinheit bilden.
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Es sind aber auch andere Antriebslösungen möglich. So kann der Motor beispielsweise auch als ein Linearmotor ausgebildet sein.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren näher erläutert; darin zeigen:
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1 ein modulares Türantriebssteuerungssystem,
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2 ein modulares Türantriebssystem,
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3 eine Peripherieanpassungseinheit,
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4 eine Motorsteuereinheit,
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5–8 Beispiele für Türantriebssteuerungen bzw. Türantriebe, die aus einem erfindungsgemäßen modularen Türantriebssystem realisiert sind,
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9–15 beispielhafte Anbausituationen für Türantriebe gemäß 5 und 6,
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16 ein Bahnsteigtürsystem, das aus einem erfindungsgemäßen modularen Türantriebssystem realisiert ist.
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Die 1 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung ein modulares Türantriebssteuerungssystem 1 zur Steuerung und/oder Regelung von elektrischen Antriebsmotoren zum Öffnen bzw. Schließen von Türen oder Türflügeln in unterschiedlichen Applikationen. Das Türantriebssteuerungssystem 1 umfasst drei applikationsabhängig unterschiedlich ausgebildete Peripherieanpassungseinheiten 2a, 2b, 2c sowie zwei unterschiedliche applikationsunabhängig ausgebildete Motoreinheiten 3a, 3b.
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Bei den Applikationen handelt es sich beispielsweise um Türen in einem Aufzug, an einem Bahnsteig oder an einer Werkzeugmaschine. Die Peripherieanpassungseinheit 2a ist deshalb beispielsweise ausgebildet für den Antrieb einer Aufzugstür, die Peripherieanpassungseinheit 2b ist ausgebildet für den Antrieb einer Bahnsteigtür und die Peripherieanpassungseinheit 2c ist ausgebildet für den Antrieb einer Werkzeugmaschinentür.
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Die Motorsteuereinheiten 3a, 3b sind applikationsunabhängig ausgebildet, unterscheiden sich aber hinsichtlich ihrer Baugröße und Leistungsfähigkeit.
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Die 2 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung das modulare Türantriebssteuerungssystem 1 in einer Erweiterung zu einem modularen Türantriebssystem 10. Das Türantriebssystem 10 umfasst neben den bereits in Zusammenhang mit 1 erläuterten Peripherieanpassungseinheiten 2a, 2b, 2c und Motoreinheiten 3a, 3b zusätzlich unterschiedliche applikationsunabhängig ausgebildete Antriebseinheiten 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, die jeweils einen elektrischen Antriebsmotor 5 umfassen.
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Die Antriebseinheiten 4a, 4b weisen jeweils einen elektrischen Motor 5 auf, der als ein getriebeloser, um eine Drehachse 6 rotatorisch drehender Motor ausgebildet ist, dessen Ausdehnung in Richtung der Drehachse 6 kleiner als dessen Ausdehnung senkrecht zur Drehachse 6 ist. Derartige Motoren werden manchmal auch als „Flachmotoren“ bezeichnet. Die beiden Antriebseinheiten 4a, 4b sind vom Prinzip baugleich, unterscheiden aber hinsichtlich ihrer Baugröße und Leistungsfähigkeit.
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Die Antriebseinheiten 4c, 4d umfassen jeweils einen um eine Drehachse 6 rotatorisch drehenden elektrischen Motor 5 und ein abtriebsseitig daran angeordnetes Getriebe 7, insbesondere ein Winkelgetriebe. Die beiden Antriebseinheiten 4c, 4d sind vom Prinzip baugleich, unterscheiden aber hinsichtlich ihrer Größe und Leistungsfähigkeit.
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Die Antriebseinheit 4e ist als ein Linearantrieb ausgebildet.
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3 zeigt einen grundsätzlichen Aufbau der Peripherieanpassungseinheiten 2a, 2b, 2c, wobei die tatsächliche Ausgestaltung dann applikationsabhängig ist. Wie dargestellt ist, weisen die Peripherieanpassungseinheiten 2a, 2b, 2c als eine zentrale Komponente einen programmierbaren Mikrocontroller 21 zur Steuerung der Peripherieanpassungseinheit und zur applikationsabhängigen Erzeugung von Ansteuerbefehlen für Motorsteuereinheit(en)auf.
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Weiterhin weisen die Peripherieanpassungseinheiten 2a, 2b, 2c applikationsabhängige Eingangs-Schnittstellen, insbesondere für eine Spannungsversorgung, für Steuersignale und/oder für eine Kommunikation mit einer übergeordneten Steuerung, und applikationsunabhängige Ausgangs-Schnittstellen für einen Zwischenkreis 71 und für Kommunikationsverbindungen 72 mit der (den) Motoreinheit(en) auf. Im Fall der in 3 dargestellten Peripherieanpassungseinheit 2a, 2b, 2c sind die applikationsabhängigen Schnittstellen:
- – eine Schnittstelle 21 zum Anschluss an ein externes Spannungsversorgungsnetz 9,
- – eine Kommunikationsschnittstelle 35, beispielsweise für eine Kommunikation über PROFINET, PROFIBUS, CAN, Ethernet, RS485, USB
- – Relaisausgänge 36,
- – digitale Eingänge 37,
- – analoge Eingänge 38,
- – Sicherheitseingänge/-ausgänge 39
- – optional eine Baugruppe 40 für eine Ankopplung an Cyber-Physische Systeme.
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Die applikationsunabhängigen Ausgangs-Schnittstellen sind:
- – eine Schnittstelle 22 zum Anschluss an einen Zwischenkreis 71, insbesondere einen Gleichspannungszwischenkreis,
- – eine Schnittstelle 23 zum Anschluss einer Kommunikationsverbindung 72 zu einer Motorsteuereinheit,
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Für eine Anpassung der Türantriebssteuerung an unterschiedliche Versorgungsnetze 9 sind die Peripherieanpassungseinheiten 2a, 2b, 2c vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie die an der applikationsabhängigen Schnittstelle 21 für eine Spannungsversorgung anliegende applikationsabhängige Eingangsspannung in eine applikationsunabhängige Ausgangsspannung für einen Zwischenkreis 71 umwandeln. Die Peripherieanpassungseinheiten 2a, 2b, 2c realisieren hierzu eine oder mehrere der folgenden applikationsabhängigen Funktionen zur Aufbereitung einer eingangsseitigen Versorgungsspannung: Absicherung gegen Kurzschluss, Gleichrichtung der Versorgungsspannung, Netzfilterung für erhöhte elektromagnetische Störfestigkeit, Leistungsfaktorkorrektur, Schutz gegen Netzüberspannung bzw. -unterspannung.
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Die Peripherieanpassungseinheiten 2a, 2b, 2c weisen hierzu einen von dem Mikrocontroller 21 gesteuerten Leistungsteil auf, der eine oder mehrere der folgenden Komponenten umfasst: einen Eingangstransformator 24, eine Filter- und Gleichrichterbaugruppe 25, eine Überspannungsschutzbaugruppe 26, einen Leistungsfaktorkorrekturfilter 27, einen Gleichspannungszwischenkreisfilter 29 und einen Schaltungsschutz 30.
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Weiterhin realisieren die Peripherieanpassungseinheiten 2a, 2b, 2c vorzugsweise eine oder mehrere der folgenden applikationsabhängigen Funktionen für einen Bremsbetrieb der Antriebsmotoren: elektrischer Ballastwiderstand einschl. Ansteuerung durch einen Bremschopper 28 zur Begrenzung der Zwischenkreisspannung bei einem generatorischen Motorbetrieb, Speicherung der Bremsenergie für eine spätere Nutzung bei einer Beschleunigung, Rückspeisung von Bremsenergie in das versorgende Netz 9.
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Von Vorteil ermöglichen die Peripherieanpassungseinheiten 2a, 2b, 2c ein applikationsabhängiges Bedienen und Beobachten der Türantriebssteuerung und erleichtern somit die Inbetriebnahme und den Service. Die Peripherieanpassungseinheiten 2a, 2b, 2c weisen hierzu applikationsabhängig Statusanzeigen 32 (z.B. in Form von LEDs), ein Display 33 und/oder Eingabeelemente 34 wie z.B. Taster, Tastatur, auf.
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Weiterhin ist eine Niederspannungsversorgungsbaugruppe 31 vorhanden.
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Die Baugruppe 40 für eine Ankopplung an ein Cyber-Physisches System umfasst eine Echtzeit-Ablaufumgebung und ein System von Regeln, dem die Türantriebssteuerung innerhalb ihr vorgegebener Grenzen und der von anderen an das Cyber-Physische System angekoppelten System (z.B. anderen Türantriebssteuerungen) gemeldeten aktuellen Situationen flexibel folgt, so dass eine bestimmt Aufgabe (z.B. eine Vorgabe hinsichtlich des Gesamtenergieverbrauchs) durch das Gesamtsystem regelgesteuert in Echtzeit zu bewältigen ist. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass die Peripherieanpassungseinheit zu bestimmten Zeiten (z.B. am Wochenende, an Feiertagen, in Ferienzeiten, an Betriebsschließungstagen) Standby-Verbräuche reduziert (z.B. Abschalten von Entladewiderständen, komplette Abschaltung der Versorgung der über den Zwischenkreis angeschlossenen Motorsteuereinheit(en), Abtrennen der Netzversorgung).
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Zur Sicherstellung einer zumindest vorübergehenden Aufrechterhaltung der Betriebsfähigkeit des Türantriebssteuerungssystems bei einem Ausfall des externen Spannungsversorgungsnetzes 9 umfassen die Peripherieanpassungseinheiten 2a, 2b, 2c eine Notstromeinrichtung 41, die beispielsweise eine Umschaltung auf eine sekundäre Spannungsversorgung (z.B. eine Batterieversorgung) ermöglicht. In diesem Betriebsfall können zur Energieeinsparung durch den Mikrocontroller 21 auch die Spannung im Zwischenkreis 71 abgesenkt und/oder die Ansteuerbefehle für die Motorsteuereinheiten angepasst werden.
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Wie in 4 dargestellt ist, weisen die Motorsteuereinheit(en) 3a, 3b applikationsunabhängige Eingangs-Schnittstellen, insbesondere für eine Anschluss an den Zwischenkreis und für eine Kommunikationsverbindung zu einer Peripherieanpassungseinheit, und applikationsunabhängige Ausgangs-Schnittstellen, insbesondere für einen Anschluss eines Antriebsmotors, auf.
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Im Detail weisen die die Motorsteuereinheit(en) 3a, 3b auf:
- – eine (applikationsunabhängige) Schnittstelle 52 zum Anschluss an einen Zwischenkreis 71, insbesondere einen Gleichspannungszwischenkreis,
- – eine (applikationsunabhängige) Schnittstelle 53 zum Anschluss einer Kommunikationsverbindung 72 zu einer Peripherieanpassungseinheit,
- – eine Ausgangsstufe 54 mit einer applikationsunabhängigen Schnittstelle 64 zum Anschluss einer Antriebseinheit 4a, 4b, 4c, 4d, 4e,
- – eine applikationsunabhängige Schnittstelle 55 zum Anschluss eines Sensors 8 der Antriebseinheit 4a, 4b, 4c, 4d, 4e,
- – einen programmierbaren Mikrocontroller 56 zur Steuerung und/oder Regelung der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von über die Schnittstelle 53 erhaltenen Ansteuerbefehlen,
- – eine Gleichspannungsfilterbaugruppe 57,
- – eine Spannungsversorgung 58,
- – einen Erweiterungsbus 59,
- – Sicherheitsschaltungen 60,
- – eine Debuggingeinrichtung 61,
- – eine Einrichtung 62 für einen ICT Support,
- – Statusanzeigen 63 (z.B. in Form von LEDs),
- – sichere Eingänge 64 für eine Erfassung sicherheitsrelevanter Informationen, z.B. von einer Lichtschranke.
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Mit Hilfe der sicheren Eingänge 64 wird eine Erfassung und Verarbeitung sicherheitsrelevanter Informationen und Erzeugung entsprechender Sicherheitsreaktionen dezentral direkt vor Ort bei der Antriebseinheit 4a, 4b, 4c, 4d, 4e ermöglicht. Die Sicherheitsreaktion kann beispielsweise ein sicheres Anhalten (SafeStop) oder ein sichere Wegnahme des Drehmoments (SafeTorqueOff) der Antriebseinheit 4a, 4b, 4c, 4d, 4e. sein
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Mit einem in den 1 bis 4 gezeigten modularen Türantriebssystem 10 können nun verschiedenste Türantriebssteuerungen realisiert werden, von denen beispielhaft einige in den 5 bis 8 dargestellt sind.
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Ein in 5 dargestellter Türantrieb 70 zur Bewegung einer Tür eines Aufzugfahrkorbs umfasst eine Peripherieanpassungseinheit 2a für Aufzugtüren, eine Motorsteuereinheit 3a und eine an die Motorsteuereinheit 3a angeschlossene Antriebseinheit, hier beispielsweise eine Antriebseinheit 4c. Die Peripherieanpassungseinheit 2a und die Motorsteuereinheit 3a sind zur elektrischen Leistungsübertragung über einen Gleichspannungszwischenkreis 71 und zur Übertragung von Ansteuerbefehlen für die Steuerung und/oder Regelung der Ausgangsspannung für die Antriebseinheit 4c über eine Kommunikationsverbindung 72 miteinander verbunden.
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Ein in 6 dargestellter Türantrieb 75 zur Bewegung einer Tür eines Aufzugfahrkorbs umfasst eine Peripherieanpassungseinheit 2a für Aufzugtüren, zwei Motorsteuereinheiten 3a und jeweils eine daran angeschlossene Antriebseinheit, hier beispielsweise ein Antriebseinheit 4a. Die Peripherieanpassungseinheit 2a und die Motorsteuereinheiten 3a sind zur elektrischen Leistungsübertragung über einen Gleichspannungszwischenkreis 71 und zur Übertragung von Ansteuerbefehlen für die Steuerung und/oder Regelung der Ausgangsspannung für die Antriebseinheiten 4a über eine Kommunikationsverbindung 72 miteinander verbunden.
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Ein in 7 dargestellter Türantrieb 76 zur Bewegung von Bahnsteigtüren umfasst eine Peripherieanpassungseinheit 2b für Bahnsteigtüren, vier Motorsteuereinheiten 3b mit jeweils einer daran angeschlossene Antriebseinheit, hier beispielsweise einer Antriebseinheit 4b. Die Peripherieanpassungseinheit 2b und die Motorsteuereinheiten 3b sind zur elektrischen Leistungsübertragung über einen Gleichspannungszwischenkreis 71 und zur Übertragung von Ansteuerbefehlen für die Steuerung und/oder Regelung der Ausgangsspannung für die Antriebseinheiten 4b über Kommunikationsverbindungen 72 miteinander verbunden.
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Ein in 8 dargestellter Türantrieb 77 zur Bewegung von Türen einer Werkzeugmaschine umfasst eine Peripherieanpassungseinheit 2c für Werkzeugmaschinen, zwei Motorsteuereinheiten 3a und jeweils eine daran angeschlossene Antriebseinheit 4e. Die Peripherieanpassungseinheit 2c und die Motorsteuereinheiten 3a sind zur elektrischen Leistungsübertragung über einen Gleichspannungszwischenkreis 71 und zur Übertragung von Ansteuerbefehlen für die Steuerung und/oder Regelung der Ausgangsspannung für die Antriebseinheit 4e über Kommunikationsverbindungen 72 miteinander verbunden.
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9 bis 15 zeigen beispielhaft Anbausituationen für Türantriebe gemäß 5 und 6.
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Die 9 zeigt dabei eine Aufzugfahrkorb 81, an dessen Vorderseite 82 eine Türöffnung 83 ausgebildet ist. An der Vorderseite 82 sind zwei gleich große, gegenläufig bewegbare Türflügel 84, 85 angeordnet. Die Öffnungs- und Schließrichtung der Türflügel 84, 85 ist mit 86 bezeichnet. Ein mit 87 bezeichneter Antriebsmechanismus dient zum Bewegen der Türflügel 84, 85 und ist an einem Kopfträger 88 befestigt, der wiederum an der Vorderseite 82 des Aufzugfahrkorbs 81 oberhalb der Türöffnung 83 befestigt ist. Beispiele für den Antriebsmechanismus 87 sind in den 10 bis 15 dargestellt.
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Ein in 10 in einer Frontsicht und in 11 in einer Draufsicht gezeigter erster Antriebsmechanismus 87 umfasst eine Motorsteuereinheit 3a und eine Antriebseinheit 4c, die an dem Kopfträger 88 befestigt sind. Die Antriebeinheit 4c umfasst dabei einen um eine Drehachse rotatorisch drehenden elektrischen Motor 5 und ein abtriebsseitig nachgeschaltetes Winkelgetriebe 7. Die Drehachse de Motors verläuft dabei in der Öffnungs- und Schließrichtung 86 und das abtriebsseitige freie Ende der Welle des Winkelgetriebes 7 verläuft senkrecht zur Öffnungs- und Schließrichtung 86. An dem abtriebsseitigen freien Ende der Welle des Winkelgetriebes 7 ist ein Antriebsritzel, Antriebsrad oder Riemenrad 92 oder dergleichen befestigt. Zusammen mit einer am gegenüberliegenden Ende des Kopfträgers 88 angebrachten Umlenkrolle 94 führt das Riemenrad 92 einen zähelastischen Zahnriemen 96, der die Antriebskraft des Motors 5 auf die Türflügel 84, 85 überträgt. Alternativ kann anstatt des Zahnriemens 96 auch eine Zahnstange oder ein flaches Seil zum Einsatz kommen. Die zugehörige Peripherieanpassungseinheit 2a ist räumlich getrennt von der Motorsteuereinheit 3a in dem Aufzugfahrkorb 81 angeordnet, beispielsweise hinter einem Schaltertableau im Innenraum des Aufzugfahrkorbs 81 und von dort auch zugänglich (siehe 9). Die Leistungsübertragung von der Peripherieanpassungseinheit 2a zu der Motorsteuereinheit 3a erfolgt über einen nicht näher dargestellten Gleichspannungszwischenkreis. Außerdem besteht zwischen der Peripherieanpassungseinheit 2a und der Motorsteuereinheit 3a eine nicht näher dargestellte Kommunikationsverbindung zur Übertragung der Ansteuerbefehle. Die Motorsteuereinheit 3a und die daran angeschlossene Antriebseinheit 4c sind mechanisch miteinander verbunden und bilden eine Vormontageeinheit.
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Ein in 12 in einer Frontsicht gezeigter zweiter Antriebsmechanismus 87‘ unterscheidet sich von dem in 10 und 11 gezeigten Antriebsmechanismus 87 dadurch, dass auch die Umlenkrolle 94 angetrieben ist. Hierzu sind eine weitere Motorsteuereinheit 3a und eine weitere Antriebseinheit 4c mit einem Motor 5 und einem nachgeschalteten Winkelgetriebe 7 vorhanden.
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Ein in 13 in einer Frontsicht und in 14 in einer Draufsicht gezeigter dritter Antriebsmechanismus 87‘‘ umfasst eine Motorsteuereinheit 3a und eine Antriebseinheit 4a, die senkrecht zur Bewegungsrichtung 86 der Türflügel 84, 85 hintereinander an dem Kopfträger 88 befestigt sind. Die Antriebeinheit 4a umfasst dabei einen elektrischen Motor 5, der als ein getriebeloser um eine Drehachse rotatorisch drehender Motor ausgebildet ist, dessen Ausdehnung in Richtung der Drehachse kleiner als dessen Ausdehnung senkrecht zur Drehachse ist. Die Drehachse des Motors verläuft senkrecht zur Öffnungs- und Schließrichtung 86 der Türflügel 84, 85 und ist auch senkrecht zur Vorderseite 82 des Aufzugfahrkorbs 81. An dem Motor 5 ist abtriebsseitig das Riemenrad 92 befestigt. Die Motorsteuereinheit 3a und die daran angeschlossene Antriebseinheit 4a sind mechanisch miteinander verbunden und bilden eine Vormontageeinheit.
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Ein in 15 in einer Frontsicht gezeigter dritter Antriebsmechanismus 87‘‘‘ unterscheidet sich von dem in 13 und 14 gezeigtem Antriebsmechanismus 87‘‘ dadurch, dass auch die Umlenkrolle 94 angetrieben ist. Hierzu sind eine weitere Motorsteuereinheit 3a und eine weitere Antriebseinheit 4a mit einem Motor 5 mit einer Drehachse senkrecht zur Öffnungs- und Schließrichtung 86 der Türflügel 84, 85 vorhanden.
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In den in 12 bis 15 gezeigten Fällen ist der einen Motorsteuereinheit bzw. den beiden Motorsteuereinheiten gemeinsam eine Peripherieanpassungseinheit zugeordnet, die räumlich getrennt von der Motorsteuereinheit bzw. den Motorsteuereinheiten in dem Aufzugfahrkorb 81 angeordnet ist. Beispielsweise ist sie hinter einem Schaltertableau im Innenraum des Aufzugfahrkorbs 81 angeordnet und von dort auch zugänglich (siehe 9). Die Leistungsübertragung von der Peripherieanpassungseinheit zu der (den) Motorsteuereinheiten erfolgt über einen nicht näher dargestellten Gleichspannungszwischenkreis. Außerdem besteht zwischen der Peripherieanpassungseinheit und der (den) Motorsteuereinheit(en) eine nicht näher dargestellte Kommunikationsverbindung zur Übertragung der Ansteuerbefehle an die Motorsteuereinheit(en).
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Ein in 16 zur Vereinfachung in einphasiger Darstellung gezeigtes Türantriebssystem 100 für Bahnsteigtüren umfasst eine Peripherieanpassungseinheit 2b und acht Motorsteuereinheiten 3b mit daran angeschlossenen Antriebseinheiten 4a für insgesamt acht Türen bzw. Türflügel 101. Die Peripherieanpassungseinheit 2b und die acht Motorsteuereinheiten 3b sind zur elektrischen Leistungsübertragung über einen Gleichspannungszwischenkreis 71 und zur Übertragung von Ansteuerbefehlen über Kommunikationsverbindungen 72 miteinander verbunden. Durch den Gleichspannungszwischenkreis 71 können die Motorsteuereinheiten 3b bzw. Antriebseinheiten 4a auf einer gemeinsamen Kraftachse, d.h. mit gleicher Spannung und Frequenz, und somit synchron betrieben werden.
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Für den Fall dass Antriebsmotoren nicht gleichzeitig beschleunigt oder gebremst werden müssen, kann durch eine zeitliche Synchronisation ein Teil der Motorsteuereinheiten 3b im Beschleunigungsbetrieb und ein anderer Teil der Motorsteuereinheiten 3b im Bremsbetrieb betrieben werden und somit zur Energieeinsparung und Einsparung von Verlustleistung in den Motorsteuereinheiten 3b die anfallende Bremsenergie der einen Antriebseinheiten über den Zwischenkreis 72 zur Beschleunigung der anderen Antriebseinheiten verwendet werden.
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Die Peripherieanpassungseinheit 2b ist dabei räumlich getrennt von den acht Motorsteuereinheiten 3b angeordnet. Beispielsweise kann die Peripherieanpassungseinheit 2b in einem Schaltschrank und können die Motorsteuereinheiten 3b an der jeweiligen Tür angeordnet sein.
