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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Halten und/oder Bremsen einer Tür.
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Eine derartige Vorrichtung sowie ein derartiges Verfahren kommen beispielsweise in einem Antriebssystem für Aufzug-, Bahnsteig- oder Bahntüren zum Einsatz. Neben weiteren Türantriebssystemen, z.B. für Werkzeugmaschinen, ist es auch möglich, die Vorrichtung in jeglichen weiteren Türsystemen einzusetzen, deren Türen abgebremst oder gehalten werden müssen.
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Bisherige Verfahren zum Abbremsen und Halten von Türen basieren meist auf einer entsprechenden Ansteuerung eines Antriebselements, das die Tür antreibt und folglich auch abbremst.
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Aus
DE 10 2011 004 019 A1 ist eine elektrisch angetriebene Tür bekannt, deren Bremsenergie in einem Energiespeicher gespeichert werden kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und verschleißfreie Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit deren Hilfe ohne Schaltungs- und Energieaufwand eine Tür abgebremst und gehalten werden kann.
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Diese erste Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Die Vorrichtung weist zum Halten und/oder Bremsen einer Tür, insbesondere einer elektrisch angetriebenen Tür, bezüglich einer definierten Position, einen fixierten ersten Magnet und einen bezüglich des fixierten ersten Magnet beweglichen zweiten Magnet auf. Die Lage des fixierten ersten Magnets ist durch die definierte Position festgelegt und der bewegliche zweite Magnet ist mit der Tür in Wirkverbindung verbunden, wobei die Lage des beweglichen zweiten Magnets derart gewählt ist, dass die Tür durch die Anziehungskraft zwischen den beiden Magneten in einer zur definierten Position korrespondierenden Türposition gehalten wird. In Wirkverbindung mit der Tür verbunden könnte beispielsweise ein direkt an der Tür fixierter Magnet sein. Weiterhin denkbar ist ein mit einem Antriebselement verbundener oder an einem Antriebsrad befestigter und dadurch beweglicher zweiter Magnet.
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Die definierte Position stellt die Position dar, die der zweite Magnet einnimmt wenn er durch die Anziehungskraft zwischen dem ersten und dem zweiten Magneten gehalten wird. Die korrespondierende Türposition stellt die Position dar, die die Tür einnimmt wenn sich der zweite Magnet in der definierten Position befindet. Die Tür wird also in der korrespondierenden Türposition gehalten. Die definierte Position und die korrespondierende Türposition können beispielsweise dann zusammenfallen, wenn der zweite Magnet auf oder an der Tür befestigt ist. Der Lage des fixierten ersten Magnets wird durch die definierte Position festgelegt, was aber nicht heißen muss, dass die Lage des fixierten ersten Magneten mit der definierten Position zusammenfällt. Vielmehr muss die Lage des fixierten ersten Magneten derart gewählt sein, dass sich der zweite Magnet unter Einwirkung der Anziehungskraft zwischen den beiden Magneten nicht mehr von selbst aus der definierten Position heraus bewegt und analog die Tür sich nicht aus der korrespondierenden Türposition bewegt.
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Bei den Magneten kann es sich dabei um Permanentmagnete handeln. Beispielhaft wären hier Ferritmagnete oder Neodym-Magnete zu nennen. Es ist ebenso denkbar, dass nicht nur ein einziger erster Magnet, sondern weitere erste und/oder auch weitere zweite Magnete existieren, um mehrere Positionen zu definieren.
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Die Befestigung oder Fixierung der beiden Magneten kann durch gängige Verfahren geschehen. Dies ist unter anderem geschraubt oder geklebt vorstellbar. Denkbar ist beispielsweise, dass der erste Magnet in oder an einem Türsturz oder -kämpfer befestigt ist. Ähnliches gilt für den zweiten Magneten, der je nach Gegebenheiten an die Tür geklebt, geschraubt oder in eine dort vorgesehene Tasche eingeschoben ist.
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Die Erfindung basiert dabei auf der Erkenntnis, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine einfache und günstige Möglichkeit bietet, die ohne zusätzliche Energie auskommt, um eine Tür beispielsweise in einer Endposition, also im geöffneten oder geschlossenen Zustand, zu halten. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Vorrichtung verschleißfrei und dabei völlig unabhängig von einer Energieversorgung arbeitet.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist ein Metallelement derart bezüglich des beweglichen zweiten Magneten angeordnet, dass ein Abbremsen der Tür in Richtung der korrespondierenden Türposition möglich ist. Das Metallelement ist elektrisch leitfähig und kann beispielsweise als Schiene ausgebildet sein. Das Metallelement kann beispielsweise zwischen dem fixierten ersten Magneten und dem beweglichen zweiten Magneten angeordnet sein. Bewegt sich nun die Tür in Richtung der korrespondierenden Türposition, und somit der zweite Magnet in Richtung der definierten Position und des dort angeordneten Metallelements, so werden durch den sich bewegenden Magneten im Metallelement Wirbelströme induziert. Diese Wirbelströme bewirken nun wiederum Magnetfelder, die dem Magnetfeld des bewegten zweiten Magneten entgegenwirken. Es wirkt also eine Bremskraft auf den zweiten Magneten ein. Die Bremswirkung soll vor allem durch die Wirbelstromeffekte erzielt werden und nicht oder nur in geringem Anteil durch Reibung zwischen dem beweglichen zweiten Magneten und dem Metallelement. So wird die Tür abgebremst. Sobald der zweite Magnet ausreichend nah am ersten Magnet ist, kommt dieser zum Stillstand und die gegenseitige Anziehungskraft der beiden Magnete hält den zweiten Magnet und damit auch die Tür in Position.
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In einer weiteren Ausführungsform bilden virtuelle Ebenen der Magnete einen vorgebbaren Winkel und die Magnete weisen einen vorgebbaren Abstand auf. Der vorgebbare Winkel und der vorgebbare Abstand sind abhängig von der zum Halten der Tür nötigen Anziehungskraft gewählt. Dadurch wird sichergestellt, dass auch für unterschiedlich schwere Türen eine ausreichend hohe Haltekraft ausgeübt werden kann. Die virtuellen Ebenen der Magnete bezeichnen dabei jeweils die virtuelle Ebene, die durch die Magnete hindurch geht oder die Ebene, auf der die Magnete aufgebracht sind. Die Ebene ist dabei in der Regel orthogonal zu der Geraden, die die beiden Pole der Magnete verbindet. Konstruktive Gegebenheiten können es aber bedingen, dass die virtuellen Ebenen nicht parallel zu den Magneten sind. Darüber hinaus ist es denkbar, dass die Magnete jeweils als eine Magnetanordnung aufgebaut sind, die aus mehreren Magneten besteht, die nicht in einer Ebene angeordnet sind. Die virtuellen Ebenen sind in diesen Fällen diejenigen, die am ehesten den Winkel zwischen den beiden Magnetanordnungen beschreiben.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Dimensionen und die Beschaffenheit des Metallelements abhängig von der nötigen Bremswirkung gewählt. Mit Dimensionen des Metallelements sind hier all diejenigen Größen und Abmessungen gemeint, die eine Auswirkung auf die Bremswirkung des Metallelements bezüglich des beweglichen zweiten Magnets haben. Die Länge des Metallelements bezüglich des Bewegungspfades des beweglichen zweiten Magneten hat beispielsweise Auswirkung auf den Anfangs- und den Endpunkt sowie die Dauer der Bremswirkung. Die räumliche Formgebung, beispielsweise die Höhe, Breite und die Kontur des Metallelements können nach weiteren Gesichtspunkten optimiert werden. Beispielsweise stellt die Wärmeentwicklung im Metallelement und die Ableitung der entstandenen Wärme ein Kriterium dar. Mit der Beschaffenheit des Metallelements ist die Wahl des Materials des Metallelements und dessen grundlegender Aufbau gemeint. Beispielsweise sind hier Kriterien wie die elektrische oder thermische Leitfähigkeit aber auch mechanische Parameter zu nennen. In einer einfachen Ausführungsform des Metallelements kann es sich beispielsweise um eine elektrisch leitfähige Aluminiumschiene handeln.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Metallelement als Türkämpfer ausgebildet ist. Viele Türantriebssysteme, insbesondere Aufzugtür-Antriebssysteme, sind bereits in einen metallischen Türkämpfer oder Türsturz integriert. Besonders vorteilhaft ist es also wenn das Metallelement kein dediziertes Bauteil ist, sondern der Türkämpfer/-sturz die Funktion des Metallelements übernimmt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können der Winkel und der Abstand zwischen dem fixierten ersten und dem beweglichen zweiten Magnet mittels eines ersten Stellelements eingestellt werden. Bei diesem ersten Stellelement kann es sich beispielsweise um eine oder mehrere Stellschrauben handeln. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Haltekraft zwischen dem ersten und dem zweiten Magneten je nach Größe der Tür und Gewicht von einem Techniker eingestellt werden kann.
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Analog ist denkbar, dass die Position des Metallelements durch ein zweites Stellelement einstellbar ausgestaltet ist. Ist das Metallelement beispielsweise als Metallschiene ausgeführt und so ausgestaltet, dass diese in Bewegungsrichtung der Tür oder der des zweiten Magneten verstellbar ist, so kann gewählt werden ab welcher Position die Tür abgebremst wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der bewegliche zweite Magnet in ein Antriebselement integriert. Dies hat insbesondere bei Türantrieben, die auf einem Antriebsriemen basieren, den Vorteil, dass der zweite Magnet nicht zusätzlich am Riemen befestigt werden muss. Potentiell entstehende Unwuchten, gerade bei hochdynamischen Türantriebssystemen, können so vermieden oder deutlich verringert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bestehen der erste und/oder der zweite Magnet aus mehreren einzelnen Magnetelementen. Dies bietet die Möglichkeit die Magnetelemente in unterschiedlichen Abständen oder mit veränderlicher Ausrichtung bezüglich ihrer Polarität zu positionieren. Werden die Magnete beispielsweise in größer oder kleiner werdenden Abständen positioniert, so ermöglicht dies ein besonders sanftes Abbremsen. Auch die Haltekraft zwischen dem ersten und dem zweiten Magneten wird so noch sanfter aufgebaut. Dies führt u.a. zu einer geringeren Belastung für alle Antriebselemente und somit auch zu einer geringeren Geräuscherzeugung. Darüber hinaus sind auch komplexere dreidimensionale Magnetanordnungen denkbar, die durch entsprechende Gestaltung ein optimales Verhältnis aus Bauraum, Volumen und wirkender Anziehungskraft aufweisen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Magnetsensor auf. So kann erfasst werden, dass der zweite Magnet einen Bereich um die definierte Position erreicht hat. Je nach Umsetzung kann ausgewertet werden, ob sich der zweite Magnet dem ersten Magneten nähert oder ob dieser bereits in der Endposition angelangt ist. Wird also beispielsweise ausgewertet, ob sich der zweite Magnet dem ersten Magnet nähert, so ist es möglich, dass ein Türsteuergerät eine Antriebskraft entsprechend reduziert. Außerdem vorteilhaft ist die Möglichkeit, bei jedem Erreichen der definierten Position, evtl. vorhandene Positionierungssignale der Tür zu plausibilisieren. Wenn beispielsweise für die geöffnete und die geschlossene Stellung der Tür jeweils ein Magnetsensor zur Verfügung steht, so ist es möglich, bei jedem Öffnen oder Schließen der Tür eine Plausibilisierung der Türpositionssignale durchzuführen. Neben der Plausibilisierung ist es ebenso möglich, das Positionssignal zu kalibrieren und Abweichungen der erfassten von der tatsächlichen Position zu erkennen und zu beheben.
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Eine weitere vorteilhafte Lösung der Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Bremsen und/oder Halten einer Tür mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verfügung gestellt. Ein Motor, der die Tür antreibt, wird dazu bei Erreichen eines Bereichs um die definierte Position drehmomentfrei geschaltet. Je nach verwendetem System kann das Drehmomentfreischalten auf verschiedene Arten und Weisen geschehen. Ist beispielsweise eine Kupplung vorhanden, so kann es genügen, den Motor einfach vom Antrieb zu trennen. Handelt es sich beispielsweise um ein Türantriebssystem mit erweiterten Steuerungs- und/ oder Regelungsmöglichkeiten, so kann ein entsprechender Steuerbefehl das Drehmomentfreischalten übernehmen oder sogar eine sanfte Wegnahme des Drehmoments erfolgen. Befindet sich die Tür und damit der zweite Magnet zum Zeitpunkt des Drehmomentfreischaltens nun im Bereich um die definierte Position, so bremst die Wechselwirkung zwischen Metallelement und Magnet die Tür durch das bereits erläuterte Wirbelstromprinzip ab und die Magnetkraft zwischen dem ersten und dem zweiten Magneten hält die Tür schließlich bei Stillstand in der definierten Position.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
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1 eine Vorrichtung zum Halten und/oder Bremsen einer Tür und
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2 ein Türantriebssystem mit einer Vorrichtung zum Halten und/oder Bremsen einer Tür im geschlossenen Zustand.
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1 zeigt das prinzipielle Funktionsprinzip der Vorrichtung abstrahiert dargestellt. Ein feststehender erster Magnet M1 befindet sich in einem Abstand h zu einem beweglich gelagerten zweiten Magneten M2. Der Abstand h ist dabei der geringste Abstand der zwischen den beiden Magneten während des Betriebs der Vorrichtung auftreten kann. Der Abstand h kann dabei durch konstruktive Gegebenheiten begrenzt sein. Der Abstand h ist ein Faktor für die Anziehungskraft zwischen den beiden Magneten M1 und M2. Diese Anziehungskraft ist auch maßgeblich für die Haltekraft bezüglich der Tür 10. Der zweite Magnet M2 ist an einer Tür 10 befestigt. Dies kann durch gängige Befestigungsmethoden wie Schrauben, Stecken oder Kleben geschehen. Den Magneten M1 und M2 ist jeweils eine virtuelle Ebene E1 und E2 zugeordnet, die hier jeweils durch die Mitte der Magnete eingezeichnet sind. Die virtuellen Ebenen E1 und E2 könnten aber auch parallel dazu an den Oberflächen der Magnete eingezeichnet sein, da der Winkel α zwischen den beiden Ebenen E1 und E2 die maßgebliche Größe ist. Mit dem vorgebbaren Winkel α lässt sich beeinflussen, wie stark die Anziehungskraft zwischen dem Magneten M1 und M2 beim Hineinbewegen des beweglichen zweiten Magneten M2 in das Magnetfeld des fixierten ersten Magneten M1 ist und wie schnell sich die Stärke des Magnetfelds vergrößert. Je spitzer der Winkel α ist, desto größer ist der Magnetfeld-Sprung, den der bewegliche zweite Magnet beim Einfahren in das Magnetfeld des ersten Magneten M1 erfährt, und desto konstanter ist das Magnetfeld im darauf folgenden Verlauf.
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Zwischen dem ersten Magneten M1 und dem zweiten Magneten M2 befindet sich ein Metallelement 3. In diesem Metallelement 3 werden durch die Bewegung des zweiten Magneten M2 über das Metallelement 3 Wirbelströme induziert. Diese Wirbelströme bewirken nun wiederum Magnetfelder, die dem Magnetfeld des bewegten zweiten Magneten M2 entgegenwirken und damit eine Bremskraft auf diesen einwirkt. Das Metallelement 3 ist elektrisch leitend und kann beispielsweise als Metallschiene oder als Türkämpfer/-sturz ausgeführt sein.
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Ebenfalls dargestellt ist eine definierte Position P. Diese definierte Position P könnte in diesem Fall beispielsweise eine Endposition der Tür 10 sein, es fällt also die korrespondierende Türposition P‘ mit der definierten Position P zusammen. Ein Pfeil 30 markiert die Bewegungsrichtung, in der sich die Tür 10 vor Erreichen der Position P bewegt hat. Ein Bereich B stellt den Bereich dar, in dem die Tür und der zweite Magnet M2 Kräfte durch entweder die Wirbelströme im Metallelement 3 oder das Magnetfeld des ersten Magnets M1 oder beides erfahren. Die Tatsache, dass sich der Bereich B über die Länge des Metallelements 3 erstreckt, soll lediglich darstellen, dass der Bereich B nicht zwangsläufig auf die Länge der Schiene 3 beschränkt ist. Der Bereich B ist ebenso wenig durch die Ausdehnung der Tür beschränkt oder dadurch festgelegt.
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2 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung in einem Türantriebssystem, insbesondere einem Türantriebssystem für Aufzugtüren oder Türen von Werkzeugmaschinen. Gezeigt sind zwei Türen 11 und 12 im geschlossenen Zustand, die sich in einer korrespondierenden Türposition P‘ befinden. Die Türen 11 und 12 sind jeweils über ein Verbindungselement 23 mit einem Antriebselement 20, insbesondere einem Riemen, verbunden. Das Antriebselement 20 läuft auf zwei Rädern 21 und 22, die insbesondere als Riemenräder ausgebildet sind. Das Rad 22 ist dabei von einem Motor 2 antreibbar. Der Motor 2 wird dabei von einer Motorsteuerung 200 angesteuert. Ein Magnet M2 befindet sich in einer definierten Position P und ist damit den Abstand h von einen ersten Magneten M1 entfernt. Ein Winkel α wird durch virtuelle Ebenen E1 und E2 gebildet, die in diesem Fall an den Oberflächen der Magnete anliegen. Darüber hinaus ist ein Magnetsensor S gezeigt, der das Magnetfeld des zweiten Magneten M2 erfassen kann. Wenn sich der zweite Magnet M2 in einem Bereich B um die definierte Position P befindet, wäre es also denkbar, dass der Sensor S, je nach Empfindlichkeit, ein Signal ausgibt, das beispielsweise von der Motorsteuerung 200 oder deren Peripherie ausgewertet werden kann. Je nach Amplitude des Signals, also je nachdem wie weit der zweite Magnet noch von dem Sensor entfernt ist, können unterschiedliche Aktionen ausgelöst werden. Detektiert die Motorsteuerung 200 über den Sensor S einen ersten Anstieg des gemessenen Magnetfelds, steigt also die Amplitude des Sensor-Signals, so ist denkbar, dass das Drehmoment des Motors langsam zurückgenommen wird. Ebenso ist denkbar, dass das Drehmoment des Motors 2, je nach Dynamik des Motors 2, schnell auf ungefähr 0 Nm zurückgenommen wird und die Vorrichtung das Abbremsen sowie das Halten komplett übernimmt. Mit der Angabe ungefähr 0 Nm wird lediglich der Tatsache Rechnung getragen, dass der Motor 2 immer Schleppmomente oder andere Verlustmomente aufweist, die nicht kompensiert werden müssen. Es ist ausreichend, dass der Aktivteil des Motors kein Drehmoment mehr erzeugt, er also z.B. durch Wegnahme des Stroms drehmomentfrei geschaltet wird.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Halten und/oder Bremsen einer Tür, insbesondere einer elektrisch angetriebenen Tür, bezüglich einer definierten Position, aufweisend einen fixierten ersten Magnet und einen bezüglich des fixierten ersten Magnet beweglichen zweiten Magnet. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit deren Hilfe ohne großen Schaltungs- und Energieaufwand eine Tür abgebremst und gehalten werden kann. Die Erfindung basiert dabei auf der Erkenntnis, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine einfache und günstige Möglichkeit bietet, die ohne zusätzliche Energie auskommt, um eine Tür beispielsweise in einer Endposition, also im geöffneten oder geschlossenen Zustand, zu halten. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Vorrichtung dabei verschleißfrei und völlig unabhängig von einer Energieversorgung arbeitet.
