DE102015206632A1

DE102015206632A1 - Measurement of the mechanical tension of a drive element

Info

Publication number: DE102015206632A1
Application number: DE102015206632.0A
Authority: DE
Inventors: Marcus Gutzmer; Uwe Krause; Dirk Scheibner; Jürgen Schimmer; Jürgen Zettner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2016-10-20

Abstract

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Messvorrichtung (1) zur Messung der mechanischen Spannung eines Antriebselements (2). Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Türantriebssystem bei dem das Verfahren und die Messvorrichtung (1) in vorteilhafter Weise zum Einsatz kommen. Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Messvorrichtung (1) sowie ein Türantriebssystem zur Verfügung zu stellen, mit deren Hilfe sowohl im dynamischen als auch im statischen Zustand die mechanische Spannung eines Antriebselements (2), insbesondere eines Riemens, einfach und ohne mechanischen Kontakt zum Antriebselement (2) ermittelt werden kann. Das Antriebselement (2) ist auf mindestens zwei Rädern (31, 32) gelagert und mindestens eines der Räder (31) oder (32) ist durch einen Motor (3) antreibbar. Mindestens ein Sensor (4) gibt ein Sensorsignal (40) aus, wobei das Sensorsignal (40) ein für die die im Antriebselement (2) auftretenden Schwingungen charakteristisches Signal ist. Die Erfindung basiert dabei auf der Erkenntnis, dass die Spannung des Antriebselements (2) mit den Schwingungen korreliert, die während des Betriebs des Antriebselements (2) entstehen. Diese Schwingungen kann der Sensor (4) erfassen und daraus das charakteristische Sensorsignal (40) generieren. Eine Auswerteeinheit (6) wertet schließlich das Sensorsignal (4) zur Erfassung der mechanischen Spannung des Antriebselements (2) aus.In summary, the invention relates to a method and a measuring device (1) for measuring the mechanical stress of a drive element (2). Moreover, the invention relates to a door drive system in which the method and the measuring device (1) are used in an advantageous manner. The invention is therefore based on the object, a method, a measuring device (1) and a door drive system to provide, with their help, both in the dynamic and in the static state, the mechanical tension of a drive element (2), in particular a belt, simple and can be determined without mechanical contact with the drive element (2). The drive element (2) is mounted on at least two wheels (31, 32) and at least one of the wheels (31) or (32) can be driven by a motor (3). At least one sensor (4) outputs a sensor signal (40), wherein the sensor signal (40) is a signal characteristic of the vibrations occurring in the drive element (2). The invention is based on the recognition that the voltage of the drive element (2) correlates with the vibrations that occur during operation of the drive element (2). These vibrations can be detected by the sensor (4) and used to generate the characteristic sensor signal (40). An evaluation unit (6) finally evaluates the sensor signal (4) for detecting the mechanical tension of the drive element (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messvorrichtung zur Messung der mechanischen Spannung eines Antriebselements, insbesondere eines Riemens. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Türantriebssystem, aufweisend eine derartige Messvorrichtung. The invention relates to a method and a measuring device for measuring the mechanical tension of a drive element, in particular a belt. Moreover, the invention relates to a door drive system, comprising such a measuring device.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Messvorrichtung kommen beispielsweise in einem Antriebssystem für Aufzug-, Bahnsteig- oder Bahntüren zum Einsatz. Neben weiteren Türantriebssystemen ist es auch möglich, das Verfahren und die Messvorrichtung in jeglichen weiteren Antriebssystemen einzusetzen, die ein Antriebselement, beispielsweise in Form eines Riemens, aufweisen. Such a method and such a measuring device are used for example in a drive system for elevator, platform or rail doors. In addition to other door drive systems, it is also possible to use the method and the measuring device in any other drive systems having a drive element, for example in the form of a belt.

Bisherige Verfahren zur Messung einer mechanischen Spannung eines Riemens basieren meist auf Frequenzmessungen von Schwingungen und Oberschwingungen des Riemens im ruhenden Zustand nach einer manuellen Anregung. Previous methods for measuring a mechanical tension of a belt are usually based on frequency measurements of vibrations and harmonics of the belt in the stationary state after a manual excitation.

Aus EP 0 587 915 B1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zum Messen der Eigenfrequenz eines Objektes mit Vibrationsdetektormitteln zur berührungsfeien Detektion von Vibrationen, die durch einen dem Objekt erteilten Stoß verursacht werden, bekannt. Eine Spannungsberechnungseinrichtung berechnet ferner die Spannung in dem Objekt durch Einsetzen der Eigenfrequenz des Objekts in eine vorgegebene Berechnungsformel. Out EP 0 587 915 B1 For example, an apparatus for measuring the natural frequency of an object with vibration detecting means for detecting sensitive vibrations caused by a shock given to the object is known. A voltage calculator further calculates the voltage in the object by substituting the natural frequency of the object into a predetermined calculation formula.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Messvorrichtung sowie ein Türantriebssystem zur Verfügung zu stellen, mit deren Hilfe sowohl im dynamischen als auch im statischen Zustand die mechanische Spannung eines Antriebselements, insbesondere eines Riemens, einfach, ohne manuelle Anregung und ohne mechanischen Kontakt zum Antriebselement ermittelt werden kann. The invention has for its object to provide a method, a measuring device and a door drive system available, with their help, both in the dynamic and in the static state, the mechanical tension of a drive element, in particular a belt, simple, without manual stimulation and without mechanical contact can be determined to the drive element.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. This object is achieved by a method having the features specified in claim 1.

Dabei wird eine mechanische Spannung eines Antriebselements, insbesondere eines Riemens, erfasst. Das Antriebselement ist auf mindestens zwei Rädern gelagert und mindestens eines der Räder ist durch einen Motor antreibbar. Der Motor kann dabei beispielsweise als ein elektrisch kommutierter, EC- oder bürstenloser Motor ausgebildet sein. Die Räder können beispielsweise als Riemenräder ausgeführt sein. Mindestens ein Sensor gibt ein Sensorsignal aus, wobei das Sensorsignal ein für die die im Antriebselement auftretenden Schwingungen charakteristisches Signal ist. Für die im Antriebselement auftretenden Schwingungen charakteristisch sind beispielsweise die durch den Motor verursachten und auf das Antriebselement übertragenen Schwingungen. Die Schwingungen können mit verschiedenen Parametern des Antriebs variieren. Zu nennen wären hier die Drehzahl des Motors und damit zusammenhängend die Geschwindigkeit des Antriebselements sowie darüber hinaus die Spannung des Antriebselements. Besonders vorteilhaft ist, dass das Verfahren günstig und ohne großen Aufwand in bestehende Systeme integriert werden kann. In this case, a mechanical tension of a drive element, in particular a belt, is detected. The drive element is mounted on at least two wheels and at least one of the wheels is driven by a motor. The motor can be designed, for example, as an electrically commutated, EC or brushless motor. The wheels may for example be designed as pulleys. At least one sensor outputs a sensor signal, wherein the sensor signal is a signal characteristic of the vibrations occurring in the drive element. Characteristic of the vibrations occurring in the drive element are, for example, the vibrations caused by the motor and transmitted to the drive element. The vibrations can vary with different parameters of the drive. To call here would be the speed of the motor and, consequently, the speed of the drive element and beyond the voltage of the drive element. It is particularly advantageous that the method can be integrated conveniently and without great effort into existing systems.

Die Erfindung basiert dabei auf der Erkenntnis, dass die Spannung des Antriebselements mit den Schwingungen korreliert, die während des Betriebs des Antriebselements entstehen und die im Antriebselement durch den Motor eingeprägt werden. Diese Schwingungen kann der Sensor erfassen und daraus das charakteristische Sensorsignal generieren. Eine Auswerteeinheit wertet das Sensorsignal zur Erfassung der mechanischen Spannung des Antriebselements aus. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise ein zur mechanischen Spannung des Antriebselements proportionales Messwertsignal generieren. The invention is based on the recognition that the voltage of the drive element correlates with the vibrations that occur during operation of the drive element and that are impressed in the drive element by the motor. These vibrations can be detected by the sensor and used to generate the characteristic sensor signal. An evaluation unit evaluates the sensor signal for detecting the mechanical tension of the drive element. The evaluation unit can generate, for example, a measured value signal proportional to the mechanical tension of the drive element.

Zur Verbesserung der Auswertung kann der Auswerteeinheit des Weiteren ein zur Drehzahl des Motors proportionales Drehzahlsignal zur Verfügung gestellt werden. Dies ermöglicht eine einfache Berücksichtigung der durch die Drehzahl des Motors ausgelösten Schwingungen im Antriebselement. In order to improve the evaluation, the evaluation unit can further be provided with a speed signal proportional to the speed of the motor. This allows easy consideration of the triggered by the speed of the motor vibrations in the drive element.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Antriebselement mindestens zwei Trume auf und die Längen der Trume werden zur Erfassung der mechanischen Spannung herangezogen. Die Längen der Trume sind durch die geometrischen Gegebenheiten des Antriebselements bekannt. Aus der Länge der Trume kann eine davon abhängige Eigenfrequenz errechnet werden. Mit Eigenfrequenzen sollen im Folgenden alle relevanten Frequenzen bezeichnet werden, die für eine Auswertung des Sensorsignals in Frage kommen. Resonanzfrequenzen können also ebenso verwendet werden. Die Eigenfrequenz f₀ unter BerückIn a further advantageous embodiment, the drive element has at least two strands and the lengths of the strands are used to detect the mechanical stress. The lengths of the strands are known by the geometric conditions of the drive element. From the length of the dreams a dependent natural frequency can be calculated. In the following, all relevant frequencies which are suitable for evaluating the sensor signal are to be designated by natural frequencies. Resonant frequencies can also be used. The natural frequency f ₀ under consideration

sichtigung des sogenannten Stress-Stiffening-Effekts errechnet sich beispielsweise nach folgender Formel:

The so-called stress stiffening effect, for example, is calculated according to the following formula:

Dabei werden in der Formel folgende Formelzeichen verwendet:

f₀: Eigenfrequenz
k_l: lineare Federkonstante
F_N: Normalkraft oder auch Riemenspannkraft
l: Länge des Trum
m: Masse des Trum

The following formula symbols are used in the formula:

f ₀: natural frequency
k _l: linear spring constant
F _N: Normal force or even belt tension
l: Length of the strand
m: Mass of the strand

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens eines der Trume durch ein angetriebenes Element in Trumteile aufgeteilt. Die Länge der Trumteile ist durch die Position des angetriebenen Elements bestimmt und wird zur Erfassung der mechanischen Spannung herangezogen. Das Antriebselement ist in dieser Ausführungsform in drei Teile aufgeteilt. Ein ungeteiltes Trum und ein geteiltes Trum, das wiederum zwei Trumteile aufweist. Das ungeteilte Trum verändert seine Länge nicht und ändert damit also auch nicht seine Eigenfrequenz auf Basis einer Längenänderung. Die Länge der beiden Trumteile ist veränderlich, da das angetriebene Element beweglich ist. Damit ist die Eigenfrequenz der Trumteile veränderlich. Diese Änderungen der Eigenfrequenzen der Trumteile muss bei der Bestimmung der mechanischen Spannung des Antriebselements berücksichtigt werden. Da zur Bestimmung der mechanischen Spannung des Antriebselements die Länge herangezogen wird, ist dies vorteilhaft gegeben. In a further advantageous embodiment, at least one of the strands is divided by a driven element in Trumteile. The length of the runner parts is determined by the position of the driven element and is used to detect the mechanical stress. The drive element is divided into three parts in this embodiment. An undivided strand and a divided strand, which in turn has two Trumteile. The undivided strand does not change its length and therefore does not change its natural frequency on the basis of a change in length. The length of the two Trumteile is variable, since the driven element is movable. Thus, the natural frequency of Trumteile is variable. These changes in the natural frequencies of the runner parts must be taken into account when determining the mechanical stress of the drive element. Since the length is used to determine the mechanical stress of the drive element, this is advantageous.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Sensorsignal zur Erfassung der mechanischen Spannung spektral zerlegt. Anhand der bekannten Trumlängen ergeben sich Frequenzbereiche, in denen die Eigenfrequenzen der einzelnen Trums oder der einzelnen Trumteile erwartet werden können. Je nach mechanischer Spannung der Trume variieren die konkret erfassten Frequenzspektren bzw. die konkret gemessenen Frequenzen. Die spektrale Zerlegung kann beispielsweise mittels einer Fourier-Transformation, insbesondere mittels einer schnellen Fourier-Transformation (FFT), erfolgen. In a further advantageous embodiment, the sensor signal is spectrally decomposed to detect the mechanical stress. Based on the known Trumlängen arise frequency ranges in which the natural frequencies of the individual strands or the individual Trumteile can be expected. Depending on the mechanical tension of the dreams, the specific frequency spectra recorded or the frequencies actually measured vary. The spectral decomposition can be done, for example, by means of a Fourier transformation, in particular by means of a fast Fourier transformation (FFT).

Da im Stillstand keine Schwingungen angeregt werden, wird in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform das stehende Antriebselement durch Drehmomentpulse des Motors in Schwingung versetzt. Dies hat den Vorteil, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf einen bewegten Zustand des Antriebselements beschränkt ist. Durch die Drehmomentpulse oder vergleichbare Impulse werden im Antriebselement Schwingungen angeregt, die dann durch das erfindungsgemäße Verfahren ausgewertet werden können. Es ist denkbar, dass die Drehmomentpulse auf die Eigenfrequenzen der Trume abgestimmt sind, um hier eine entsprechende Anregung zu erzielen oder um entsprechende Frequenzen gezielt nicht anzuregen. Since no vibrations are excited at standstill, in a further advantageous embodiment, the stationary drive element is set in vibration by torque pulses of the motor. This has the advantage that the method according to the invention is not limited to a moving state of the drive element. By the torque pulses or comparable pulses vibrations are excited in the drive element, which can then be evaluated by the method according to the invention. It is conceivable that the torque pulses are tuned to the natural frequencies of the strums in order to achieve a corresponding excitation or to deliberately not stimulate appropriate frequencies.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird zur Erfassung der mechanischen Spannung eine Objektverfolgung des angetriebenen Elements herangezogen. Mit Objektverfolgung wird hier eine Verfolgung der Position des angetriebenen Elements bezeichnet. Da in bestimmten Positionen des angetriebenen Elements die Frequenzbereiche der Trume überlappen können, ist es für eine eindeutige Bestimmung der mechanischen Spannung nötig, solche Mehrdeutigkeiten zu eliminieren. Dies kann durch die Zuordnung der entsprechenden Frequenzbereiche zu den jeweils entsprechenden Trumen mit Methoden der Objektverfolgung oder auch Historienauswertung realisiert werden. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit die letzten Positionen des angetriebenen Elements in einem Speicher hinterlegen und diese dann bei Bedarf in die Auswertung der Eigenfrequenzen mit einzubeziehen. Die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich so also vorteilhaft weiter steigern. In a particularly advantageous embodiment, an object tracking of the driven element is used to detect the mechanical stress. Object tracking refers to tracking the position of the driven element. Since in certain positions of the driven element the frequency ranges of the strands can overlap, it is necessary for a clear determination of the mechanical stress to eliminate such ambiguities. This can be realized by the assignment of the corresponding frequency ranges to the respective corresponding dreams with methods of object tracking or history evaluation. For example, the evaluation unit can deposit the last positions of the driven element in a memory and then incorporate them if necessary into the evaluation of the natural frequencies. The reliability of the method according to the invention can thus be advantageously further increased.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Sensorsignal zusätzlich zur Zustandsüberwachung des gesamten Antriebs herangezogen. Eine Zustandsüberwachung des Antriebs kann beispielsweise bezüglich des generellen Schwingverhaltens nach DIN ISO 10816 erfolgen. Auch eine Überwachung des Lagerzustands oder sonstige Anomalitäten, wie z.B. Schleifgeräusche, Manipulation am Aufzug, eine Türblockade oder fehlende oder gedämpfte Spektralanteile bei einem losen Türblatt bzw. Türflügel können so detektiert werden. Es können so weitere Sensoren eingespart oder ein höheres Sicherheitslevel, beispielsweise ein höheres Sicherheits-Integritätslevel (SIL), erreicht werden. In a further advantageous embodiment, the sensor signal is additionally used for condition monitoring of the entire drive. A condition monitoring of the drive can, for example, with respect to the general vibration behavior DIN ISO 10816 respectively. Also, a monitoring of the storage condition or other abnormalities, such as grinding noise, manipulation of the elevator, a door block or missing or damped spectral components in a loose door leaf or door leaf can be detected. It can be saved as additional sensors or a higher level of security, such as a higher safety integrity level (SIL) can be achieved.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Sensorsignal zusätzlich zur Erkennung eines Defekts des Antriebselements herangezogen. Ein klassischer Defekt des Antriebselements bei einem Riemenantrieb wäre beispielsweise ein Riemenbruch. Bei einem Riemenbruch würden die charakteristischen Schwingungen des Riemens sofort wegfallen und damit wäre dieser auch eindeutig detektierbar. Dies stellt einen Vorteil gegenüber den aktuellen Riemenbrucherkennungen dar, da bei diesen erst beim theoretischen Erreichen einer Endposition der Motor gestoppt würde. Im Gegensatz dazu ist die vorgeschlagene Riemenbrucherkennung deutlich schneller und der Motor kann folglich schneller und dadurch sicherer gestoppt werden. In a further advantageous embodiment, the sensor signal is additionally used to detect a defect of the drive element. A classic defect of the drive element in a belt drive would be, for example, a belt breakage. In a belt break the characteristic vibrations of the belt would be eliminated immediately and thus this would be clearly detected. This represents an advantage over the current belt breakage detections, as these would only be stopped when theoretically reaching an end position of the engine. In contrast, the proposed belt break detection is significantly faster and the engine can therefore be stopped faster and thus safer.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden nach einem Wegfall einer elektrischen Versorgungsspannung das Sensorsignal und eine gespeicherte mechanische Spannung des Antriebselements zur Bestimmung der Position des angetriebenen Elements herangezogen. Wird beispielsweise eine mechanische Spannung in einem nicht flüchtigen Speicher in der Auswerteeinheit oder sogar dem Sensor gespeichert, so kann diese nachdem die elektrische Versorgungsspannung wieder hergestellt wurde, zur Bestimmung der Position des angetriebenen Elements herangezogen werden. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise ein Positionssensor für das angetriebene Element nicht gegenüber einem Ausfall der elektrischen Versorgungsspannung abgesichert werden muss. Es wäre also denkbar, dass nach Rückkehr der elektrischen Versorgungsspannung der Motor kurze Drehmomentpulse auf das Antriebselement gibt, um so Schwingungen anzuregen, die dann zur Bestimmung der Positionen herangezogen werden können. In a further advantageous embodiment, after elimination of an electrical supply voltage, the sensor signal and a stored mechanical voltage of the drive element are used to determine the position of the driven element. If, for example, a mechanical voltage is stored in a non-volatile memory in the evaluation unit or even the sensor, then this can be determined after the electrical supply voltage has been restored to determine the position of the sensor driven element are used. This has the advantage that, for example, a position sensor for the driven element does not have to be protected against a failure of the electrical supply voltage. It would therefore be conceivable that after the return of the electrical supply voltage, the motor gives short torque pulses to the drive element so as to excite vibrations, which can then be used to determine the positions.

Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Messvorrichtung zur Messung der mechanischen Spannung eines Antriebselements nach einem derartigen Verfahren gelöst. Die Messvorrichtung weist mindestens einen Sensor auf, der zur Ausgabe mindestens eines Sensorsignals ausgebildet ist, wobei das Sensorsignal ein für die im Antriebselement auftretenden Schwingungen charakteristisches Signal ist und wobei eine Auswerteeinheit zur Auswertung des Sensorsignals und zur Erfassung der mechanischen Spannung des Antriebselements ausgebildet ist. Die Messvorrichtung ist optimal dazu ausgebildet, eines der beschriebenen Verfahren durchzuführen. Die Messvorrichtung muss kein separates Bauteil sein sondern kann ebenso in vorhandene Bauteile integriert sein. Beispielsweise weist eine Motorsteuerung eine Sensorschnittstelle und eine integrierte Auswerteeinheit auf oder sie nimmt eine Auswertung des Sensorsignals direkt selbst vor. The object is further achieved by a measuring device for measuring the mechanical tension of a drive element according to such a method. The measuring device has at least one sensor which is designed to output at least one sensor signal, the sensor signal being a signal characteristic of the vibrations occurring in the drive element and an evaluation unit being designed for evaluating the sensor signal and for detecting the mechanical stress of the drive element. The measuring device is optimally configured to carry out one of the described methods. The measuring device need not be a separate component but can also be integrated into existing components. For example, a motor controller has a sensor interface and an integrated evaluation unit or it makes an evaluation of the sensor signal directly itself.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Messvorrichtung ist der Sensor in schallübertragender, insbesondere in körperschallübertragender, Verbindung zum Antriebselement angeordnet. In schallübertragender Verbindung steht stellvertretend für jegliche Mechanismen, die dazu geeignet sind Vibrationen, insbesondere Körperschall, zu erfassen. Beispielsweise könnte der Sensor direkt am Gehäuse des Motors angebracht sein. Alternativ wäre auch denkbar, dass der Sensor in der Nähe der Lager der Räder, auf denen das Antriebselement gelagert ist, angebracht ist. Diese Anordnungen des Sensors bringen den besonderen Vorteil mit sich, dass nicht direkt in das Antriebselement eingegriffen werden muss. Das Antriebselement wird also durch den Spannungsmessungsprozess nicht beeinträchtigt. Dies ist insbesondere für komplizierte Regelungs- und Steuerungsaufgaben von Vorteil. In a further advantageous embodiment of the measuring device, the sensor is arranged in a sound-transmitting, in particular in structure-borne sound, connection to the drive element. In sound-transmitting connection is representative of any mechanisms that are suitable to detect vibrations, in particular structure-borne noise. For example, the sensor could be mounted directly on the housing of the engine. Alternatively, it would also be conceivable that the sensor is mounted in the vicinity of the bearings of the wheels on which the drive element is mounted. These arrangements of the sensor have the particular advantage that it is not necessary to intervene directly in the drive element. The drive element is thus not affected by the voltage measurement process. This is particularly advantageous for complicated control and regulation tasks.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Messvorrichtung ist der Sensor als ein mikromechanischer Sensor ausgebildet. Mikromechanische Sensoren sind oft auch unter dem Akronym MEMS (Micro Electro Mechanical System) bekannt. Der große Vorteil bei Verwendung eines mikromechanischen Sensors liegt darin, dass diese mittlerweile, beispielsweise aus der Automobilindustrie, in großen Stückzahlen und in der geforderten Genauigkeit günstig zu erwerben sind. Es kann also ein günstiger und zuverlässiger Sensor verwendet werden. Auch der geringe Platz- und Energiebedarf dieser Sensoren ist von besonderem Vorteil. In a further advantageous embodiment of a measuring device, the sensor is designed as a micromechanical sensor. Micromechanical sensors are often also known by the acronym MEMS (Micro Electro Mechanical System). The great advantage of using a micromechanical sensor is that they are now inexpensive to purchase in large quantities and in the required accuracy, for example, from the automotive industry. So it can be used a cheaper and reliable sensor. The low space and energy requirements of these sensors is of particular advantage.

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Türantriebssystem aufweisend mindestens eine erfindungsgemäße Messvorrichtung, ein Türblatt, einen Motor und eine zugehörige Motorsteuerung, ein Antriebselement, insbesondere einen Riemen, und mindestens zwei Räder zur Lagerung des Antriebselements. Für ein Türantriebssystem ist es wichtig, dass das Antriebselement immer die richtige Spannung aufweist. Eine zu hohe Spannung hat einen höheren Verschleiß sowie höhere nötige Antriebskräfte zur Folge. Eine zu niedrige Spannung begünstigt ebenfalls einen höheren Verschleiß und mögliche Antriebsaufgaben können nicht in der geforderten Genauigkeit erfüllt werden. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung ermöglicht es, ein Türantriebssystem zur Verfügung zu stellen, bei dem die mechanische Spannung des Antriebselements auf einfache und effiziente Weise während des laufenden Betriebs ermittelt werden kann. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn es sich um sicherheitskritische Anwendungen handelt. The object is further achieved by a door drive system comprising at least one measuring device according to the invention, a door leaf, a motor and an associated engine control, a drive element, in particular a belt, and at least two wheels for supporting the drive element. For a door drive system it is important that the drive element always has the correct tension. Excessive stress results in higher wear and higher drive forces. Too low a voltage also promotes a higher wear and possible drive tasks can not be met in the required accuracy. The measuring device according to the invention makes it possible to provide a door drive system in which the mechanical tension of the drive element can be determined in a simple and efficient manner during ongoing operation. This is particularly advantageous when it comes to safety-critical applications.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines Türantriebssystems weist eine Messvorrichtung auf, die auf oder in einen Winkelgeber des Motors integriert ist. Um die vorgeschlagene Messvorrichtung besonders kompakt in einem Türantriebssystem zu integrieren, kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Messvorrichtung in bereits vorhandene Komponenten integriert ist. Hier bietet sich insbesondere der Winkelgeber des Motors an, da dieser sowohl in schallübertragender Verbindung mit dem Motor und dem Antriebselement steht, zusätzlich aber auch eine elektrische und eine signalübertragende Verbindung mit dem Motorsteuergerät aufweist. So können bestehende Verbindungen von der Messvorrichtung mitbenutzt werden. Die gesamte Größe des Türantriebssystems kann also beibehalten werden, der Funktionsumfang kann aber erweitert werden. A further advantageous embodiment of a door drive system has a measuring device which is integrated on or in an angle encoder of the motor. In order to integrate the proposed measuring device particularly compactly in a door drive system, it can be particularly advantageous if the measuring device is integrated into already existing components. Here, in particular, the angle encoder of the engine offers, since this is both in sound-transmitting connection with the engine and the drive element, but in addition also has an electrical and a signal-transmitting connection with the engine control unit. Thus existing connections can be shared by the measuring device. The entire size of the door drive system can thus be maintained, but the scope of functions can be extended.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines Türantriebssystems werden nach einem Wegfall einer elektrischen Versorgungsspannung das Sensorsignal und eine gespeicherte mechanische Spannung des Antriebselements zur Bestimmung der Position mindestens eines Türblatts herangezogen. Bei einem Ausfall der elektrischen Versorgungsspannung des Türantriebs kann es nötig sein, die Tür manuell zu öffnen. Ein Positionssensor, der auf diese elektrische Versorgungsspannung angewiesen ist, erfasst im Zweifelsfall eine manuelle Änderung nicht der Position nicht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Messvorrichtung ist es nun möglich, ohne eine redundante Stromversorgung oder weitere Sensoren nach einem Ausfall der Versorgungsspannung die Position zu ermitteln. Dies geschieht über eine Rückrechnung mit einer vor dem Spannungsausfall gespeicherten mechanischen Spannung. In a further advantageous embodiment of a door drive system, the sensor signal and a stored mechanical tension of the drive element for determining the position of at least one door leaf are used after a loss of an electrical supply voltage. In case of failure of the electrical supply voltage of the door drive, it may be necessary to open the door manually. A position sensor that relies on this electrical supply voltage does not detect a manual change of position in case of doubt. With the method according to the invention and the measuring device, it is now possible to determine the position without a redundant power supply or other sensors after a failure of the supply voltage. This is done by retroactive accounting with a mechanical voltage stored before the power failure.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen: In the following the invention will be described and explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the figures. Show it:

1 eine Messvorrichtung zur Messung einer mechanischen Spannung eines Antriebselements, 1 a measuring device for measuring a mechanical stress of a drive element,

2 eine Messvorrichtung zur Messung einer mechanischen Spannung eines Antriebselements, das ein angetriebenes Element aufweist und 2 a measuring device for measuring a mechanical stress of a drive element, which has a driven element and

3 ein Türantriebssystem mit einer Messvorrichtung zur Messung einer mechanischen Spannung eines Antriebselements, das eine Tür antreibt. 3 a door drive system having a measuring device for measuring a mechanical tension of a drive element that drives a door.

1 zeigt eine Messvorrichtung 1, die aus mindestens einem Sensor 4 und einer Auswerteeinheit 6 besteht. Der Sensor 4 gibt dabei ein Sensorsignal 40 aus, das über eine Sensor-Schnittstelle 41 der Auswerteeinheit 6 zur Auswertung zur Verfügung gestellt wird. Des Weiteren sind zwei Räder 31 und 32 gezeigt, die insbesondere als Riemenräder ausgebildet sein können. Das Rad 31 ist in diesem Fall auf einem Motor 3 gelagert. Auf den Rädern 31, 32 läuft ein Antriebselement 2. Bei dem Antriebselement 2 handelt es sich insbesondere um einen Riemen, beispielsweise um einen mit Stahlseilen verstärkten Zahnriemen. Das Antriebselement 2 weist ein oberes Trum 21 und ein unteres Trum 22 auf. Treibt nun der Motor 3 das Rad 31 mit konstanter Drehzahl an, so bewegt sich das Antriebselement 2 ebenso mit konstanter Geschwindigkeit. Durch diese Bewegung wird in den Trumen 21 und 22 eine Schwingung angeregt. Diese Schwingung kann der Sensor 4 erfassen und als Sensorsignal 40 an die Auswerteeinheit 6 weitergeben. In der Auswerteeinheit 6 kann das Sensorsignal nun beispielsweise spektral zerlegt werden. Eine Analyse des Frequenzspektrums liefert nun Aufschluss über die mechanische Spannung. Insbesondere die Länge der einzelnen Trume 21 und 22 ist für diese Auswertung von Bedeutung. Die Auswerteeinheit 6 gibt ein Messwertsignal 60 über ihre Schnittstelle 61 aus. Die Schnittstelle 61 kann sowohl eine analoge als auch eine digitale Schnittstelle sein. Das Gleiche gilt für das Messwertsignal 60, das sowohl in analoger als auch in digitaler Form vorliegen kann. Der Ort des Sensors 4 ist hier nur exemplarisch dargestellt. Der Sensor kann ebenso an weiteren Orten angebracht werden oder sogar in einem unter Umständen vorhandenen Winkelgeber integriert werden. 1 shows a measuring device 1 that consists of at least one sensor 4 and an evaluation unit 6 consists. The sensor 4 gives a sensor signal 40 out, via a sensor interface 41 the evaluation unit 6 is provided for evaluation. Furthermore, there are two wheels 31 and 32 shown, which may be formed in particular as pulleys. The wheel 31 in this case is on a motor 3 stored. On the wheels 31 . 32 runs a drive element 2 , In the drive element 2 in particular, it is a belt, for example a steel belt reinforced toothed belt. The drive element 2 has an upper strand 21 and a lower strand 22 on. Now drives the engine 3 the wheel 31 at constant speed, so the drive element moves 2 as well with constant speed. Through this movement is in the dreams 21 and 22 a vibration excited. This vibration can be the sensor 4 capture and as a sensor signal 40 to the evaluation unit 6 pass on. In the evaluation unit 6 For example, the sensor signal can then be spectrally decomposed. An analysis of the frequency spectrum now provides information about the mechanical stress. In particular, the length of the individual dreams 21 and 22 is important for this evaluation. The evaluation unit 6 gives a measured value signal 60 over their interface 61 out. the interface 61 can be both an analog and a digital interface. The same applies to the measured value signal 60 , which can be in both analog and digital form. The location of the sensor 4 is shown here only as an example. The sensor can also be attached to other locations or even integrated in a possibly present angle encoder.

2 zeigt im Wesentlichen die aus 1 bekannte Anordnung unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen. Der wichtigste Unterschied zur 1 besteht in einem angetriebenen Element 20, welches das untere Trum, in 1 noch als unteres Trum 22 bezeichnet, in zwei Trumteile 221 und 222 aufteilt. Durch die Bewegung des angetriebenen Elements 20 verändern sich die Länge der Trumteile 221 und 222. Durch die Änderungen der Längen ändern sich folglich auch die Eigenfrequenzen der Trumteile 221 und 222. Die Auswerteeinheit 6 kann unter Berücksichtigung der Position des angetriebenen Elements 20, die beispielsweise durch einen Positionssensor, Winkelgeber oder weitere Sensoren erfasst werden kann, weiterhin die Spannung des Antriebselements erfassen. Bei bestimmten Positionen des angetriebenen Elements 20 kann es bei der spektralen Analyse der Frequenzen zu nicht eindeutigen oder überlappenden Frequenzen oder Frequenzbereichen kommen. Solche Mehrdeutigkeiten können durch eine Zuordnung der Frequenzbereiche mit Methoden der Objektverfolgung oder auch einer Historienauswertung realisiert werden. Es wäre also denkbar, dass für verschiedene Positionen des angetriebenen Elements 20 in der Auswerteeinheit 6 Positionswerte gespeichert werden. Detektiert die Auswerteeinheit 6 nun eine solche Mehrdeutigkeit, so kann aus den gespeicherten Positionswerten ermittelt werden, welche Position das angetriebene Element 20 tatsächlich hat und folglich, welche relevanten Längen der Trumteile 221 und 222 vorliegen. So kann auch in solchen mehrdeutigen Fällen eine Trumspannung und die mechanische Spannung des Antriebselements 2 eindeutig ermittelt werden. 2 essentially shows the 1 known arrangement using the same reference numerals. The most important difference to 1 consists in a driven element 20 , which is the bottom strand, in 1 still as a bottom strand 22 referred to, in two Trumteile 221 and 222 divides. By the movement of the driven element 20 change the length of the Trumteile 221 and 222 , As a result of the changes in the lengths, the natural frequencies of the runner parts also change 221 and 222 , The evaluation unit 6 can taking into account the position of the driven element 20 , which can be detected for example by a position sensor, angle sensor or other sensors, continue to detect the voltage of the drive element. At certain positions of the driven element 20 Spectral analysis of frequencies can lead to ambiguous or overlapping frequencies or frequency ranges. Such ambiguities can be realized by an allocation of the frequency ranges with methods of object tracking or a history evaluation. It would therefore be conceivable that for different positions of the driven element 20 in the evaluation unit 6 Position values are stored. Detects the evaluation unit 6 Now such an ambiguity, it can be determined from the stored position values, which position the driven element 20 actually has and therefore, what relevant lengths of the Trumteile 221 and 222 available. Thus, even in such ambiguous cases a strand tension and the mechanical stress of the drive element 2 be clearly determined.

Die Auswerteeinheit 6, wie sie hier dargestellt ist, und der Sensor 4 sollen nur exemplarisch die Funktionsweise darstellen. Es ist durchaus denkbar, dass sowohl der Sensor 4 als auch die Auswerteeinheit 6 eine integrale Einheit darstellen und dann wiederum in bereits vorhandene Teile des Antriebs integriert werden. The evaluation unit 6 , as shown here, and the sensor 4 should only exemplify the operation. It is quite possible that both the sensor 4 as well as the evaluation unit 6 represent an integral unit and then in turn be integrated into existing parts of the drive.

Über den Sensor 4 können in der Auswerteeinheit 6 auch weitere Auswertungen bezüglich des Antriebselements oder des gesamten Antriebs durchgeführt werden. Denkbar wäre hier die Überwachung des generellen Schwingverhaltens, beispielsweise nach DIN ISO 10816 , oder eine Überwachung des Lagerzustands oder sonstiger weiterer Anomalitäten. About the sensor 4 can in the evaluation unit 6 Also further evaluations with respect to the drive element or the entire drive can be performed. Conceivable here would be the monitoring of the general vibration behavior, for example DIN ISO 10816 , or monitoring the storage condition or other other abnormalities.

3 zeigt die aus den vorhergehenden Figuren bekannte Messvorrichtung 1 und das Antriebselement 2 unter Beibehaltung der Bezugszeichen. Darüber hinaus ist eine Motorsteuerung 300 zu sehen, die den Motor 3 ansteuert. Die Auswerteeinheit 6 ist über ihre Schnittstelle 61 mit der Motorsteuerung 300 verbunden. Der Motorsteuerung 300 steht so das Messwertsignal 60 zur Verfügung. Es ist ebenso denkbar, dass zur Auswertung des Sensorsignals 40 die Motorsteuerung 300 der Auswerteeinheit 6 ein drehzahlabhängiges Signal zur Verfügung stellt, um die drehzahlabhängigen Frequenzen herausfiltern zu können. Darüber hinaus treibt in 3 das Antriebselement 2 über sein angetriebenes Element 20 eine Tür 101 an. Das angetriebene Element 20 könnte in diesem Fall eine mechanische Befestigung sein, mittels der die Tür 101 am Antriebselement 2 befestigt ist. Diese Tür 101 steht dabei stellvertretend für weitere Türen, die mit dem Antriebssystem 2 verbunden und angetrieben werden können. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung 1 ermöglicht es, durch eine kontinuierliche Kontrolle der mechanischen Spannung des Antriebselements 2, insbesondere einer Riemenspannung, einen idealen Betrieb des Türantriebs zu gewährleisten. Darüber hinaus ist es möglich, weitere Fehlerfälle am Türantrieb zu erkennen. Beispielsweise wäre es denkbar, Manipulationen am Aufzug, eine Blockade der Tür 101 oder sogar lose Türblätter, die sich durch fehlende Spektralanteile äußern, zu identifizieren. 3 shows the known from the preceding figures measuring device 1 and the drive element 2 while maintaining the reference numerals. In addition, a motor control 300 to see who the engine 3 controls. The evaluation unit 6 is about her interface 61 with the engine control 300 connected. The engine control 300 so stands the measured value signal 60 to disposal. It is also conceivable that for the evaluation of the sensor signal 40 the engine control 300 the evaluation unit 6 a speed-dependent signal provides to the speed-dependent frequencies to be able to filter out. In addition, drives in 3 the drive element 2 about its driven element 20 a door 101 at. The driven element 20 could be a mechanical attachment in this case, by means of which the door 101 on the drive element 2 is attached. This door 101 stands as an alternative to other doors with the drive system 2 can be connected and driven. The measuring device according to the invention 1 allows, by continuously controlling the mechanical tension of the drive element 2 , In particular a belt tension, to ensure ideal operation of the door drive. In addition, it is possible to detect further faults on the door drive. For example, it would be conceivable manipulation of the elevator, a blockage of the door 101 or even identify loose door leaves that express themselves by missing spectral components.

Selbst bei einem Ausfall der Versorgungsspannung des Türantriebs kann die Messvorrichtung 1 vorteilhaft eingesetzt werden. Ist es beispielsweise nötig, die Tür 101 nach Ausfall der Versorgungsspannung manuell zu öffnen, so ist die Position der Tür 101 nicht mehr bekannt. Bei einem Wiedereinschalten des Türantriebssystems kann die Messvorrichtung 1 anhand gespeicherter mechanischer Spannungswerte die Position der Tür 101 ermitteln. Even if the supply voltage of the door drive fails, the measuring device can 1 be used advantageously. Is it necessary, for example, the door 101 to open manually after failure of the supply voltage, then the position of the door 101 no longer known. When the door drive system is switched on again, the measuring device can 1 Based on stored mechanical voltage values, the position of the door 101 determine.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Messvorrichtung 1 zur Messung der mechanischen Spannung eines Antriebselements 2. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Türantriebssystem bei dem das Verfahren und die Messvorrichtung 1 in vorteilhafter Weise zum Einsatz kommen. Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Messvorrichtung 1 sowie ein Türantriebssystem zur Verfügung zu stellen, mit deren Hilfe sowohl im dynamischen als auch im statischen Zustand die mechanische Spannung eines Antriebselements 2, insbesondere eines Riemens, einfach und ohne mechanischen Kontakt zum Antriebselement 2 ermittelt werden kann. Das Antriebselement 2 ist auf mindestens zwei Rädern 31, 32 gelagert und mindestens eines der Räder 31 oder 32 ist durch einen Motor 3 antreibbar. Mindestens ein Sensor 4 gibt ein Sensorsignal 40 aus, wobei das Sensorsignal 40 ein für die die im Antriebselement 2 auftretenden Schwingungen charakteristisches Signal ist. Die Erfindung basiert dabei auf der Erkenntnis, dass die Spannung des Antriebselements 2 mit den Schwingungen korreliert, die während des Betriebs des Antriebselements 2 entstehen. Diese Schwingungen kann der Sensor 4 erfassen und daraus das charakteristische Sensorsignal 40 generieren. Eine Auswerteeinheit 6 wertet schließlich das Sensorsignal 4 zur Erfassung der mechanischen Spannung des Antriebselements 2 aus. In summary, the invention relates to a method and a measuring device 1 for measuring the mechanical tension of a drive element 2 , Moreover, the invention relates to a door drive system in which the method and the measuring device 1 be used in an advantageous manner. The invention is therefore based on the object, a method, a measuring device 1 and to provide a door drive system, with the aid of which, both in the dynamic and in the static state, the mechanical stress of a drive element 2 , in particular a belt, simple and without mechanical contact with the drive element 2 can be determined. The drive element 2 is on at least two wheels 31 . 32 stored and at least one of the wheels 31 or 32 is by a motor 3 drivable. At least one sensor 4 gives a sensor signal 40 out, with the sensor signal 40 one for those in the drive element 2 occurring vibrations is characteristic signal. The invention is based on the recognition that the voltage of the drive element 2 correlated with the vibrations that occur during operation of the drive element 2 arise. These vibrations can be the sensor 4 capture and from this the characteristic sensor signal 40 to generate. An evaluation unit 6 finally evaluates the sensor signal 4 for detecting the mechanical tension of the drive element 2 out.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0587915 B1 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN ISO 10816 [0017]
DIN ISO 10816 [0033]

Claims

Method for measuring a mechanical stress of a drive element ( 2 ), in particular a belt of a door drive, wherein the drive element ( 2 ) on at least two wheels ( 31 . 32 ) is mounted, wherein one of the wheels ( 31 . 32 ) by a motor ( 3 ) is drivable, wherein at least one sensor ( 4 ) at least one sensor signal ( 40 ) and the sensor signal ( 40 ) one for in the drive element ( 2 ) by the engine ( 3 ) is a characteristic signal and an evaluation unit ( 6 ) the sensor signal ( 40 ) for detecting the mechanical tension of the drive element ( 2 ) evaluates.

Method according to claim 1, wherein the drive element ( 2 ) at least 2 Dreams ( 21 . 22 ) and the lengths of the strands ( 21 . 22 ) are used to detect the mechanical stress.

Method according to claim 2, wherein at least one of the dreams ( 21 . 22 ) by a driven element ( 20 ) in Trumteile ( 221 . 222 ), wherein the length of the Trumteile ( 221 . 222 ) by the position of the driven element ( 20 ), and wherein the length of the Trumteile ( 221 . 222 ) is used to detect the mechanical stress.

Method according to one of the preceding claims, wherein the sensor signal ( 40 ) is spectrally decomposed to detect the mechanical stress.

Method according to one of the preceding claims, wherein the drive element ( 2 ) at standstill of the drive element ( 2 ) by torque pulses of the engine ( 3 ) is vibrated.

Method according to one of the preceding claims, wherein for the detection of the mechanical stress an object tracking of the driven element ( 20 ) is used.

Method according to one of the preceding claims, wherein the sensor signal ( 40 ) is used in addition to condition monitoring of the entire drive.

Method according to one of the preceding claims, wherein the sensor signal ( 40 ) in addition to detecting a defect of the drive element ( 2 ) is used.

Method according to one of the preceding claims, wherein after an elimination of an electrical supply voltage, the sensor signal ( 40 ) and a stored mechanical tension of the drive element ( 2 ) for determining the position of the driven element ( 20 ) are used.

Measuring device ( 1 ) for measuring the mechanical tension of a drive element ( 2 ) according to a method of claims 1 to 9, comprising at least one sensor ( 4 ), which is used to output at least one sensor signal ( 40 ), wherein the sensor signal ( 40 ) one for in the drive element ( 2 ) vibration is characteristic signal and wherein an evaluation unit ( 6 ) for evaluating the sensor signal ( 40 ) and for detecting the mechanical tension of the drive element ( 2 ) is trained.

Measuring device ( 1 ) according to claim 10, wherein the sensor ( 4 ) in sound-transmitting, in particular in structure-borne sound, connection to the drive element ( 2 ) is arranged.

Measuring device ( 1 ) according to claim 10 or 11, wherein the sensor ( 4 ) is formed as a micromechanical sensor.

Door drive system ( 100 ) comprising at least one measuring device ( 1 ) according to claim 10 or 11, a door leaf ( 101 ), a motor ( 3 ), a motor control ( 300 ), a drive element ( 2 ), in particular a belt, and at least two wheels ( 31 . 32 ) for the storage of the drive element ( 2 ).

Door drive system according to claim 13, wherein the measuring device ( 1 ) on or in an angle encoder of the engine ( 3 ) is integrated.

Door drive system according to claim 13 or 14, wherein after an elimination of an electrical supply voltage, the sensor signal ( 40 ) and a stored mechanical tension of the drive element ( 2 ) for determining the position of at least one door leaf ( 101 ) are used.