DE102017201955A1

DE102017201955A1 - Bremsvorrichtung

Info

Publication number: DE102017201955A1
Application number: DE102017201955.7A
Authority: DE
Inventors: Matthias Hucker; André Sebastiaan Maria Jansen
Original assignee: Geze GmbH
Current assignee: Geze GmbH
Priority date: 2017-02-08
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2018-08-09
Also published as: US10851574B2; FR3062760B1; FR3062760A1; GB2560796B; GB2560796A; GB201800891D0; US20180313128A1

Abstract

Eine Bremsvorrichtung für einen beweglichen Türflügel umfasst einen als Generator betriebenen Elektromotor, dessen Motorwelle durch eine Bewegung des Türflügels drehbar ist und der an einem Kontaktpaar eine bewegungsabhängige Motorspannung ausgibt, sowie einen Bremsstromkreis, an den die Motorspannung angelegt oder anlegbar ist und über den das Kontaktpaar kurzschließbar ist, um eine Bewegung des Türflügels zu dämpfen. Dabei ist vorgesehen, dass der Bremsstromkreis zwei antiseriell angeordnete Feldeffekttransistoren umfasst, deren Drain-Anschlüsse mit einem jeweils anderen Kontakt des Kontaktpaars verbunden sind und deren Source-Anschlüsse miteinander sowie vorzugsweise zudem mit Erde oder einer Nullleitung verbunden sind, so dass das Kontaktpaar je nach Schaltzustand der Feldeffekttransistoren kurzgeschlossen ist. Alternativ oder zusätzlich zu einer solchen Ausbildung des Bremsstromkreises ist vorgesehen, dass der Elektromotor als bürstenloser Elektromotor mit mehreren Statorspulen ausgebildet ist, in denen jeweils in Abhängigkeit von der Bewegung des Türflügels eine Wechselspannung induziert wird, und an dem Kontaktpaar eine der in den Statorspulen induzierten Wechselspannungen ausgibt. Der Bremsstromkreis umfasst dann einen Teilbremsstromkreis, an den die an dem Kontaktpaar ausgegebene Wechselspannung angelegt oder anlegbar ist und über den das Kontaktpaar kurzschließbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für einen beweglichen Türflügel.
Aus dem Stand der Technik sind Türschließer für bewegliche Türflügel mit einem mechanischen Energiespeicher und einer Bremsvorrichtung bekannt. Beim Öffnen des Türflügels wird der mechanische Energiespeicher mit potentieller Energie aufgeladen, welche den losgelassenen Türflügel wieder schließt. Der mechanische Energiespeicher ist beispielsweise als Feder ausgeführt, welche durch das Öffnen des Türflügels gespannt wird. Danach schließt die potentielle Energie in der Feder den Türflügel. Das Schließmoment des Türflügels ist dabei durch die aktuelle Federspannung und die verschiedenen Übersetzungen im System bestimmt. Die Schließgeschwindigkeit selbst wird in der Bremsvorrichtung beispielsweise durch Öl in einem Dämpfer gedämpft. Durch verschiedene hydraulische Ventile und deren Einstellung kann das gewünschte Schließverhalten des Türflügels eingestellt werden. Dies ermöglicht eine kostengünstige und autarke Implementierung des Türschließers, d.h. der Türschließer funktioniert ohne Zuführung von externer Energie.
Allerdings ist die Schließgeschwindigkeit des Türflügels mit Ventilen nur in Grenzen einstellbar. So hat beispielsweise eine Endschlagfunktion immer denselben Einsatzpunkt, da nur der Durchfluss, aber nicht die Position des Ventils einstellbar ist. Des Weiteren können Funktionen, welche von der aktuellen Geschwindigkeit des Türflügels abhängen, nur aufwändig realisiert werden. Auch gestaltet sich die Regelung der Schließgeschwindigkeit, beispielsweise auf eine gewünschte Schließzeit des Türflügels, schwierig. Durch Probieren müssen die Ventile entsprechend eingestellt werden. Ändern sich dann die Temperatur des Dämpferöls oder die Reibungsverhältnisse im Türschließer, so ändert sich auch die Schließzeit. Zudem kann es durch austretendes Dämpferöl zu Verschmutzungen der Umwelt kommen, falls der Türschließer undicht wird, und das Dämpferöl muss dann entsorgt werden. Außerdem ist das Dämpferöl in der Regel brennbar, was zur Ausbreitung eines Brandes beitragen kann, wenn es im Brandfall austritt und sich entzündet.
Um solche Nachteile zu vermeiden, kann die Bremsvorrichtung einen als Generator betriebenen Elektromotor, dessen Motorwelle durch eine Bewegung des Türflügels drehbar ist und der an einem Kontaktpaar eine bewegungsabhängige Motorspannung ausgibt, sowie einen Bremsstromkreis umfassen, an den die Motorspannung angelegt oder anlegbar ist und über den das Kontaktpaar kurzschließbar ist, um eine Bewegung des Türflügels zu dämpfen. Die Dämpfung erfolgt dabei also nicht dadurch, dass ein Dämpferöl durch Ventile gedrängt wird, sondern dadurch, dass der als Generator betriebene Elektromotor elektrische Energie erzeugt, die durch das Kurzschließen verbraucht wird. Eine derartige Bremsvorrichtung kann auch bei einem nicht elektrisch betriebenen Türschließer vorgesehen sein, da für den Betrieb der Bremsvorrichtung grundsätzlich keine Stromquelle erforderlich ist. Somit ermöglicht auch eine Bremsvorrichtung mit generatorisch betriebenem, kurzschließbarem Elektromotor eine autarke Implementierung des Türschließers. Je nach Ausführung kann die Bremsvorrichtung, insbesondere der genannte Bremsstromkreis, aber auch Schaltelemente aufweisen, zu deren Ansteuerung eine Stromversorgung erforderlich ist. Zudem kann die Bremsvorrichtung in einem elektrischen Türantrieb vorgesehen sein, wobei der Elektromotor dann neben seiner Funktion als Generator der Bremsvorrichtung zugleich auch als Motor des Türantriebs dienen kann, wofür er dann mit Strom versorgt werden muss.
Aus der DE 10 2005 028 007 B4 ist ein Türantrieb zum Betätigen eines beweglichen Türflügels mit einer solchen Bremsvorrichtung bekannt. Der Bremsstromkreis dieser Bremsvorrichtung weist ein als Feldeffekttransistor ausgeführtes Schaltelement auf, über welches die Motorklemmen des Elektromotors kurzschließbar sind. Im Bremsstromkreis ist eine Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors angeordnet, und eine Spannung zwischen Gate und Source des Feldeffekttransistors wird über ein Potentiometer eingestellt, welches in Parallelschaltung mit der Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors angeordnet ist. Ein Spannungsabgriff des Potentiometers ist an den Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors angeschlossen. Somit wird der Feldeffekttransistor als spannungsabhängiger Lastwiderstand für den Elektromotor betrieben, so dass die Bremskraft der Bremsvorrichtung von der Ausgangsspannung des als Generator betriebenen Elektromotors abhängig ist und zudem über das Potentiometer einstellbar ist.
Eine ähnliche Bremsvorrichtung ist aus der DE 10 2015 200 284 B3 bekannt. Diese Bremsvorrichtung weist eine Auswerte- und Steuereinheit auf, die über ein Schaltelement im Bremsstromkreis eine Pulsweitenmodulation des Motorstroms durchführt und auf diese Weise eine wirksame Bremskraft zur Dämpfung der Bewegung des Türflügels einstellt. Auf diese Weise lässt sich das gewünschte Schließverhalten besonders flexibel einstellen. Denn die von der Auswerte- und Steuereinheit verursachte Pulsweitenmodulation des Motorstroms kann auf vielfältige Weise vorgebbar und insbesondere auch von über Sensoren erfassbaren Zuständen, z.B. der aktuellen Schließgeschwindigkeit oder der Winkelposition des Türflügels, abhängig sein, so dass auch eine Regelung der Schließgeschwindigkeit zur Erzielung eines gewünschten Schließverhaltens möglich wird.
Mittels derartiger Bremsvorrichtungen kann eine Bewegung des jeweiligen Türflügels gedämpft, jedoch in der Regel nicht vollständig zum Stillstand gebracht werden, zumindest nicht entgegen einer den Türflügel beaufschlagenden Kraft, die z.B. wie vorstehend beschrieben von einer gespannten Feder verursacht wird. Denn die Dämpfung erfolgt dadurch, dass der generatorisch betriebene Elektromotor durch Kurzschließen des Kontaktpaars belastet wird, so dass der Bewegung Energie entzogen wird. Das setzt jedoch voraus, dass der Elektromotor überhaupt eine Motorspannung ausgibt, was wiederum eine Bewegung des Türflügels voraussetzt. Ein Verlangsamen der Bewegung des Türflügels führt somit zu einer Verringerung der Dämpfung durch die Bremsvorrichtung, so dass die Geschwindigkeit des Türflügels zwar gedrosselt wird, jedoch nicht auf null abfällt, solange der Türflügel z.B. durch eine Federvorspannung noch zu einer Bewegung angetrieben wird.
Es kann aber Gründe geben, eine zumindest möglichst starke Dämpfung zu erzielen, so dass sich der Türflügel möglichst langsam bewegt, insbesondere sich möglichst langsam schließt. Eine besonders starke Dämpfung kann beispielsweise zweckmäßig sein, wenn körperlich beeinträchtigte Personen oder mehrere Personen in Folge eine Tür passieren können sollen. Eine starke Dämpfung kann auch im Rahmen einer Schließfolgesteuerung nützlich sein, wenn z.B. der Gangflügel einer doppelflügeligen Tür erst schließen soll, wenn der Standflügel geschlossen oder zumindest am Gangflügel bereits vorbei ist. Ähnliches gilt für eine Folgesteuerung zwischen verschiedenen Türen, wie beispielsweise für die zwei Türen eines Windfangs. Ferner kann an einer Tür auch ein Sensor vorgesehen sein, um zu erfassen, ob sich z.B. Personen im Türdurchgang befinden, wobei der Türflügel gegebenenfalls besonders stark gedämpft wird, um das Risiko einer Verletzung durch den Türflügel zu verringern.
Eine besonders starke Dämpfung kann grundsätzlich durch einen möglichst einfachen niederohmigen Kurzschluss erreicht werden, z.B. indem die beiden Kontakte des Kontaktpaars des Motors direkt miteinander verbunden werden. Denn bei einem komplexer ausgebildeten Bremsstromkreis, wie z.B. bei dem Bremsstromkreis gemäß der in 2 der DE 10 2015 200 284 B3 gezeigten Ausführungsform, kann die maximal mögliche Dämpfung dadurch vermindert sein, dass ein Teil der Motorspannung an Elementen des Bremsstromkreises abfällt und somit nicht mehr zur Dämpfung genutzt werden kann. Beispielsweise kann bei dem in DE 10 2015 200 284 B3 gezeigten Bremsstromkreis an der Diodenbrücke zur Gleichrichtung bei einer Stromstärke von etwa 3 A eine Spannung von etwa 1 V abfallen; an dem Feldeffekttransistor können bei 3 A und einem Einschaltwiderstand R_DS(on) des Feldeffekttransistors von etwa 20 mΩ zudem etwa 0,06 V abfallen.
Somit erscheinen möglichst einfache Bremsstromkreise zwar grundsätzlich vorteilhaft. Allerdings ist bei einem direkten Kurzschluss des Kontaktpaars keine Regelung der Schließgeschwindigkeit und auch keine Unterscheidung der Polung der Motorspannung und somit keine Unterscheidung der Bewegungsrichtung des Türflügels möglich, so dass ein Öffnen des Türflügels stets gleichermaßen gedämpft würde wie ein Schließen. Um das jeweilige Schließverhalten möglichst flexibel vorgeben zu können, ist es aber vorteilhaft, wenn für das Schließen und das Öffnen eines Türflügels unterschiedliche Dämpfungen eingestellt werden können, insbesondere auch derart, dass ausschließlich das Schließen oder auch ausschließlich das Öffnen gedämpft wird. Richtungsabhängig einstellbare Dämpfungen sind zudem insofern vorteilhaft, als die Bremsvorrichtung dann gleichermaßen an einer DIN-links-Tür wie auch an einer DIN-rechts-Tür (Anschlagseite gemäß DIN 107) verwendet werden kann.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Bremsvorrichtung für einen beweglichen Türflügel bereitzustellen, die eine richtungsabhängige Dämpfung ermöglicht und die einen möglichst niederohmigen Kurzschluss des als Generator betriebenen, insbesondere bürstenlosen permanent-magnetisch erregten, Elektromotors erreicht, um eine möglichst starke Dämpfung zu erzielen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Bremsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der vorliegenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Erfindungsgemäß umfasst diese Bremsvorrichtung zwei antiseriell angeordnete Feldeffekttransistoren. Die beiden Feldeffekttransistoren sind also in Reihe angeordnet, aber entgegengesetzt ausgerichtet und zwar derart, dass die Source-Anschlüsse der beiden Feldeffekttransistoren miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind die Source-Anschlüsse dabei auch mit Erde oder einer Nullleitung verbunden, so dass sie auf demselben definierten Potential liegen. Zudem sind die Drain-Anschlüsse der beiden Feldeffekttransistoren mit einem jeweils anderen Kontakt des genannten Kontaktpaars des Elektromotors verbunden. Auf diese Weise ist das Kontaktpaar je nach Schaltzustand der Feldeffekttransistoren kurzgeschlossen. Dabei hängt es aufgrund der antiseriellen Anordnung der zwei Feldeffekttransistoren von der jeweiligen Polung der an dem Kontaktpaar anliegenden Motorspannung ab, über welchen der Feldeffekttransistoren das Kontaktpaar dann kurzgeschlossen ist.
Durch eine derartige Ausbildung des Bremsstromkreises kann ein besonders einfacher und direkter niederohmiger Kurzschluss des Kontaktpaars erreicht werden. Zudem braucht wegen der antiseriellen Anordnung der zwei Feldeffekttransistoren keine gesonderte Gleichrichtung der Motorspannung zu erfolgen, so dass vergleichsweise wenig Spannung abfällt. Beispielsweise kann der Spannungsabfall bei einer Stromstärke von etwa 3 A und einem Einschaltwiderstand R_DS(on) von etwa 20 mΩ pro Feldeffekttransistor lediglich etwa 0,12 V betragen. Dadurch ist der Bremsstromkreis vergleichsweise effizient und führt somit zu einer stärkeren Dämpfung des Türflügels.
Zugleich kann die Dämpfung des Türflügels in dessen eine Bewegungsrichtung grundsätzlich unabhängig von der Dämpfung des Türflügels in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung eingestellt sein bzw. werden. Denn die Dämpfung in die eine Bewegungsrichtung kann grundsätzlich durch Schalten des einen Feldeffekttransistors steuerbar sein und die Dämpfung in die andere Bewegungsrichtung durch Schalten des anderen Feldeffekttransistors. Dabei können Mittel zum Schalten des jeweiligen Feldeffekttransistors in den Bremsstromkreis integriert sein. Beispielsweise kann der Bremsstromkreis derart ausgebildet sein, dass sich der Widerstand eines jeweiligen Feldeffekttransistors in direkter Abhängigkeit von der anliegenden Motorspannung verändert.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Steuereinheit vorgesehen, mit der die Gate-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren verbunden sind, so dass die Feldeffekttransistoren mittels der Steuereinheit schaltbar sind. Grundsätzlich kann auch der Gate-Anschluss nur eines der beiden Feldeffekttransistoren mit der Steuereinheit verbunden sein, während der andere Feldeffekttransistor auf andere Weise geschaltet wird. Eine kompakte Ausbildung kann sich aber daraus ergeben, dass beide Feldeffekttransistoren mittels derselben Steuereinheit der Bremsvorrichtung schaltbar sind. Bevorzugt ist die Steuereinheit als eine Auswerte- und Steuereinheit ausgebildet, die also auch Werte bzw. Signale empfangen oder eigenständig ermitteln und dann auswerten kann. Auf diese Weise kann die Ansteuerung anderer Elemente mittels der Auswerte- und Steuereinheit, insbesondere das Schalten der Feldeffekttransistoren des Bremsstromkreises, auch von dem Ergebnis einer solchen Auswertung abhängig sein. Die Steuereinheit kann insbesondere einen Mikrocontroller umfassen. Zudem kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, eine Regelung der Dämpfung in Abhängigkeit von erfassten Größen, wie z.B. der Geschwindigkeit des Türflügels vorzunehmen. Insbesondere bei Verwendung eines Mikrocontrollers ist eine besonders flexibel einstellbare Regelung der Dämpfung möglich.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die Feldeffekttransistoren derart zu schalten, dass eine Pulsweitenmodulation des in dem Bremsstromkreis fließenden Stroms erfolgt, durch die eine Bremskraft zur Dämpfung der Bewegung des Türflügels einstellbar ist. Die Feldeffekttransistoren können dabei zumindest im Wesentlichen ausschließlich zwischen einem leitfähigen Schaltzustand und einem sperrenden Schaltzustand geschaltet werden, wobei durch das Verhältnis der jeweiligen Schaltpulsdauern die mittlere Stärke des Kurzschlusses und somit die Stärke der auf den Türflügel wirkenden Dämpfung vorgegeben werden können.
Auf diese Weise lässt sich das Dämpfungsverhalten der Bremsvorrichtung sehr flexibel und richtungsabhängig einstellen.
Die weiter oben genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Bremsvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 4.
Dabei kann diese Bremsvorrichtung insbesondere wie die vorstehend beschriebene Bremsvorrichtung oder eine von deren Ausführungsformen ausgebildet sein. Die ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Der Elektromotor dieser Bremsvorrichtung ist als bürstenloser Elektromotor mit mehreren Statorspulen ausgebildet, in denen jeweils in Abhängigkeit von der Bewegung des Türflügels eine Wechselspannung induziert wird. Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass der Elektromotor an dem Kontaktpaar eine der in den Statorspulen induzierten Wechselspannungen ausgibt und dass der Bremsstromkreis einen Teilbremsstromkreis umfasst, an den die an dem Kontaktpaar ausgegebene Wechselspannung angelegt oder anlegbar ist und über den das Kontaktpaar kurzschließbar ist.
Die Anspruch 4 zugrunde liegende Erfindung beruht unter anderem auf folgender Erkenntnis: Um eine besonders starke Dämpfung zu erzielen, eignen sich insbesondere bürstenlose permanent-magnetisch erregte Elektromotoren. Denn bei derartigen Elektromotoren wird für die Dämpfung keine Kommutierung benötigt. Zudem können derartige Elektromotoren die Dämpfungsenergie in Form von Wärme vergleichsweise gut ableiten. Allerdings sind die Statorspulen eines bürstenlosen, permanent-magnetisch erregten Elektromotors üblicherweise gemäß einer Sternschaltung oder einer Dreiecksschaltung, bzw. bei mehr als drei Spulen gemäß einer der Zahl der Spulen entsprechenden Polygonschaltung, verschaltet. Bei einer Sternschaltung ist die an den Motorklemmen des Elektromotors ausgegebene Wechselspannung, die sogenannte Sternspannung, aber gegenüber der Spannung zwischen zwei Außenleitern der Sternschaltung verringert, bei drei Spulen um den Faktor √3. Bei einer Polygonschaltung ist dagegen der an den Motorklemmen ausgegebene Strom gegenüber den Strömen in den einzelnen Außenleitern verringert, bei drei Spulen wiederum um den Faktor √3. Daraus wird deutlich, dass durch ein Kurzschließen der üblichen Motorklemmen jeweils nicht die maximale Dämpfung erreicht wird, so dass sich ein weiterer Ansatzpunkt für eine verbesserte Bremsvorrichtung mit möglichst starker Dämpfung ergibt.
Gemäß Anspruch 4 wird daher bei einer Bremsvorrichtung zum Dämpfen der Bewegung des Türflügels zumindest eine der Statorspulen des Elektromotors einzeln kurzgeschlossen. Dazu ist der jeweilige Teilbremsstromkreis der Bremsvorrichtung in spezieller Weise an den Elektromotor angeschlossen, nämlich nicht über die üblichen Motorklemmen, an denen üblicherweise eine Gleichspannung ausgegeben wird, sondern über ein jeweiliges Kontaktpaar, an dem die Wechselspannung einer einzelnen Statorspule anliegt. Das ist insofern vorteilhaft, als durch das Kurzschließen einzelner Statorspulen eine höhere Bremswirkung auf den Elektromotor erzielt werden kann, so dass die Dämpfung stärker ist.
Dabei ist es bevorzugt, dass der Elektromotor mehrere Kontaktpaare aufweist, an denen der Elektromotor eine jeweils andere der in den Statorspulen induzierten Wechselspannungen ausgibt, und dass der Bremsstromkreis mehrere Teilbremsstromkreise umfasst, über die ein jeweils anderes der Kontaktpaare kurzschließbar ist. Auf diese Weise wird der Elektromotor nicht über eine einzige Statorspule gebremst, sondern über mehrere, die jeweils individuell über einen jeweiligen Teilbremsstromkreis kurzgeschlossen werden können. Dadurch verstärkt sich wiederum die Bremswirkung, so dass auch der Türflügel stärker gedämpft werden kann.
Insbesondere kann der Elektromotor eine der Anzahl der Statorspulen entsprechende Anzahl von Kontaktpaaren aufweisen und kann der Bremsstromkreis eine der Anzahl der Statorspulen entsprechende Anzahl von Teilbremsstromkreisen umfassen. Bei einer solchen Ausführungsform sind also vorteilhafterweise alle Statorspulen des Elektromotors über einen jeweiligen Teilbremsstromkreis kurzschließbar. Dabei ist dann an dem Elektromotor für jede Statorspule ein jeweiliges Kontaktpaar vorgesehen, an dem ein Teilbremsstromkreis angeschlossen sein bzw. werden kann, um die jeweilige Statorspule kurzzuschließen.
Da bei einer solchen Ausführungsform jede Statorspule über ein jeweiliges Kontaktpaar kontaktierbar ist, brauchen die Statorspulen des Elektromotors auch nicht auf die übliche Weise untereinander, z.B. gemäß einer Sternschaltung oder einer Dreiecks- bzw. einer sonstigen Polygonschaltung, verschaltet zu sein. Dies ermöglicht eine vereinfachte Ausbildung des Elektromotors.
Die einzelnen Teilbremsstromkreise sind vorzugsweise separat voneinander ausgebildet. Insbesondere kann der Bremsstromkreis derart ausgebildet sein, dass verschiedene Kontaktpaare des Elektromotors über vollständig separate Pfade kurzgeschlossen werden, die keine gemeinsame Teilstrecke aufweisen. Die einzelnen Teilbremsstromkreise können dabei grundsätzlich unabhängig voneinander verschiedenartig ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Teilbremsstromkreise jedoch untereinander übereinstimmend ausgebildet, so dass die Statorspulen in untereinander übereinstimmender Weise kurzgeschlossen werden können. Dabei kann ein einzelner Stromkreis grundsätzlich auf jede Weise ausgebildet sein, in der auch ein Bremsstromkreis einer herkömmlichen Bremsvorrichtung zum Kurzschließen der Motorklemmen eines generatorisch betriebenen Elektromotors ausgebildet sein kann.
Vorzugsweise umfasst jeder Teilbremsstromkreis jeweils ein Schaltelement, über welches das von dem Teilbremsstromkreis kurzschließbare Kontaktpaar je nach Schaltzustand des Schaltelements kurzgeschlossen ist. Durch Schalten des Schaltelements kann somit die Bremswirkung des jeweiligen Teilbremsstromkreises eingestellt werden. Dabei können Mittel zum Schalten des Schaltelements in den jeweiligen Teilbremsstromkreis integriert sein. Beispielsweise kann der Teilbremsstromkreis derart ausgebildet sein, dass sich der Widerstand seines Schaltelements in direkter Abhängigkeit von der an dem Teilbremsstromkreis anliegenden Spannung verändert.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Steuereinheit vorgesehen, mittels welcher das Schaltelement eines jeweiligen Teilbremsstromkreises, insbesondere eines jeden Teilbremsstromkreises, schaltbar ist. Bevorzugt ist die Steuereinheit als eine Auswerte- und Steuereinheit ausgebildet, die also auch Werte bzw. Signale empfangen oder eigenständig ermitteln und dann auswerten kann. Auf diese Weise kann die Ansteuerung anderer Elemente mittels der Auswerte- und Steuereinheit, insbesondere das Schalten der Feldeffekttransistoren des Bremsstromkreises, auch von dem Ergebnis einer solchen Auswertung abhängig sein. Die Steuereinheit kann insbesondere einen Mikrocontroller umfassen. Zudem kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, eine Regelung der Dämpfung in Abhängigkeit von erfassten Größen, wie z.B. der Geschwindigkeit des Türflügels vorzunehmen. Insbesondere bei Verwendung eines Mikrocontrollers ist eine besonders flexibel einstellbare Regelung der Dämpfung möglich.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, das Schaltelement zumindest eines Treilbremsstromkreises, insbesondere eines jeden Teilbremsstromkreises, derart zu schalten, dass eine Pulsweitenmodulation des in dem Teilbremsstromkreis fließenden Stroms erfolgt, durch die eine Bremskraft zur Dämpfung der Bewegung des Türflügels einstellbar ist. Das Schaltelement kann dabei zumindest im Wesentlichen ausschließlich zwischen einem leitfähigen Schaltzustand und einem sperrenden Schaltzustand geschaltet werden, wobei durch das Verhältnis der jeweiligen Schaltpulsdauern die mittlere Stärke des Kurzschlusses der jeweiligen Statorspule und somit die Stärke der insgesamt auf den Türflügel wirkenden Dämpfung vorgegeben werden können. Auf diese Weise lässt sich das Dämpfungsverhalten der Bremsvorrichtung sehr flexibel einstellen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Bremsstromkreis mehrere Teilbremsstromkreise, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die Schaltelemente verschiedener Teilbremsstromkreise unabhängig voneinander zu schalten. Insbesondere brauchen die Schaltelemente der verschiedenen Teilbremsstromkreise nicht zwingend derart geschaltet zu werden, dass der Schaltzustand in den Teilbremsstromkreisen jeweils übereinstimmt. Allerdings kann es zweckmäßig sein, die Schaltelemente der verschiedenen Teilbremsstromkreise nicht vollständig individuell, sondern koordiniert zu schalten, insbesondere unter Berücksichtigung der umlaufenden Spannungsinduktion in den Statorspulen des Elektromotors bei drehender Motorwelle.
Bevorzugt umfasst zumindest ein Teilbremsstromkreis, insbesondere jeder Teilbremsstromkreis, als das genannte Schaltelement zwei antiseriell angeordnete Feldeffekttransistoren. Die beiden Feldeffekttransistoren sind also in Reihe angeordnet, aber entgegengesetzt ausgerichtet und zwar derart, dass die Source-Anschlüsse der beiden Feldeffekttransistoren miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind die Source-Anschlüsse dabei auch mit Erde oder einer Nullleitung verbunden, so dass sie auf demselben definierten Potential liegen. Zudem sind die Drain-Anschlüsse der beiden Feldeffekttransistoren mit einem jeweils anderen Kontakt des von dem Teilbremsstromkreis kurzschließbaren Kontaktpaars des Elektromotors verbunden. Auf diese Weise sind das jeweilige Kontaktpaar und somit die jeweilige Statorspule, deren Wechselspannung an dem Kontaktpaar ausgegeben wird, je nach Schaltzustand der Feldeffekttransistoren kurzgeschlossen. Dabei hängt es aufgrund der antiseriellen Anordnung der zwei Feldeffekttransistoren von der jeweiligen Polung der an dem Kontaktpaar anliegenden Spannung ab, über welchen der Feldeffekttransistoren das Kontaktpaar dann kurzgeschlossen ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die Gate-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren mit der genannten Steuereinheit verbunden, so dass die Feldeffekttransistoren mittels der Steuereinheit schaltbar sind. Insbesondere kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, die Feldeffekttransistoren derart zu schalten, dass eine Pulsweitenmodulation des in dem Teilbremsstromkreis fließenden Stroms erfolgt, durch die eine Bremskraft zur Dämpfung der Bewegung des Türflügels einstellbar ist, wie weiter oben bereits erläutert ist.
Während aber bei einer Bremsvorrichtung mit einem generatorisch betriebenen Gleichstrommotor die Polung der an den Motorklemmen ausgegebenen Motorspannung in der Regel von der Bewegungsrichtung des Türflügels abhängt, wird bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen an einem jeweiligen Kontaktpaar eine Wechselspannung ausgegeben. Insofern kann es vorteilhaft sein, wenn ein jeweiliger Teilbremsstromkreis das jeweilige Kontaktpaar in von der jeweils vorliegenden Polung der Spannung unabhängiger Weise kurzschließt. Daher ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass die Gate-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren eines jeweiligen Teilbremsstromkreises auch miteinander verbunden sind, so dass die zwei antiseriell angeordneten Feldeffekttransistoren gemeinsam mittels der Steuereinheit schaltbar sind und dabei insbesondere jeweils denselben Schaltzustand aufweisen.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Gate-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren verschiedener, insbesondere aller Teilbremsstromkreise untereinander verbunden sind, so dass sie gemeinsam geschaltet werden können.
Sowohl dadurch, dass die einzelnen Statorspulen des Elektromotors jeweils individuell über ein jeweiliges Kontaktpaar und einen jeweiligen daran angeschlossenen Teilbremsstromkreis kurzgeschlossen werden können, als auch durch die beschriebene antiserielle Anordnung zweier Feldeffekttransistoren mit verbundenen Source-Anschlüssen als Schaltelement eines jeweiligen Teilbremsstromkreises kann die Effizienz einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung gegenüber herkömmlichen Bremsvorrichtungen wesentlich verbessert sein, so dass eine stärkere Dämpfung erzielt werden kann.
Beispielsweise kann eine herkömmliche Bremsvorrichtung, die einen üblichen Gleichstrommotor, eine Diodenbrücke zur Gleichrichtung sowie einen pulsweitenmodulierten Feldeffekttransistor umfasst, in einem Türschließer mit Schließstärke EN4 das Schließen eines um 90° geöffneten Türflügels auf eine maximale Schließzeit von 20 s dämpfen, was einer mittleren Schließgeschwindigkeit von 4,5°/s entspricht. Durch Kurzschließen jeder einzelnen Statorspule des Elektromotors über einen jeweils eigenen Teilbremsstromkreis, der jeweils zwei antiseriell angeordnete Feldeffekttransistoren mit verbundenen Source-Anschlüssen umfasst, kann die Schließzeit auf bis zu 3 Minuten vergrößert werden, was dann einer mittleren Geschwindigkeit von 0,5°/s und somit einer erheblich verstärkten Dämpfung entspricht.
Über eine entsprechende Ansteuerung der Schaltelemente in den Teilbremsstromkreisen, insbesondere mittels der genannten Steuereinheit, kann die Dämpfung zudem auch richtungsabhängig erfolgen, obwohl Wechselströme kurzgeschlossen werden, deren wechselnde Polung nicht zur Richtungsunterscheidung genutzt werden kann. Im einfachsten Fall wird dies beispielsweise dadurch erreicht, dass die Bewegungsrichtung des Türflügels gesondert erfasst und die Schaltelemente in den Teilbremsstromkreisen je nach Bewegungsrichtung in unterschiedlicher Weise pulsweitenmoduliert geschaltet werden. Somit wird auf die erfindungsgemäße Weise nicht nur eine besonders starke Dämpfung erzielt, sondern es ist auch weiterhin eine flexible, insbesondere richtungsabhängige, Einstellung der Dämpfung möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung 11 in schematischer Darstellung nach Art eines Schaltbildes. Die Bremsvorrichtung 11 umfasst einen bürstenlosen permanent-magnetisch erregten Elektromotor 13, der drei in Umlaufrichtung regelmäßig verteilt angeordnete Statorspulen 15 aufweist. Im Zentrum zwischen den Statorspulen 15 ist ein als Permanentmagnet ausgebildeter Rotor 17 des Elektromotors 13 angeordnet, der mit der nicht dargestellten Motorwelle des Elektromotors 13 zu gemeinsamer Drehung verbunden ist. Anders als bei einem üblichen Gleichstromstrommotor, sind die Statorspulen 15 untereinander nicht verschaltet.
Die Bremsvorrichtung 11 ist dazu vorgesehen, die Bewegung eines beweglichen Türflügels (nicht dargestellt) zu dämpfen, wobei die Bremsvorrichtung 11 Teil eines Türschließers oder eines Türantriebs für den Türflügel sein kann. Die Motorwelle des Elektromotors 13 ist dabei derart mit dem Türflügel gekoppelt, dass eine Bewegung des Türflügels zu einer Drehung der Motorwelle führt. Infolgedessen dreht sich auch der Rotor 17 um eine zu der Darstellungsebene senkrechte Achse. Durch die Drehung des Rotors 17 werden in den Statorspulen 15 Wechselspannungen induziert, die somit von der Bewegung des Türflügels abhängig sind.
Für jede der drei Statorspulen 15 weist der Elektromotor 13 ein jeweiliges Kontaktpaar 19 auf, an dessen zwei Kontakten die an der jeweiligen Statorspule 15 erzeugte Wechselspannung ausgegeben werden kann. Insofern gibt der Elektromotor 13 bei einer derartigen Ausführungsform also keine Gleichspannung, sondern mehrere Wechselspannungen als Motorspannung aus.
Die Bremsvorrichtung 11 umfasst ferner einen Bremsstromkreis 21, der dazu ausbildet ist, den Elektromotor 13 kurzzuschließen, um auf diese Weise die Bewegung des Türflügels zu dämpfen. Denn durch den Kurzschluss wird der Elektromotor 13 mit einer Last versehen, die dazu führt, dass der Bewegung des Türflügels Energie entzogen wird. Zum Kurzschließen des Elektromotors 13 ist der Bremsstromkreis 21 nicht lediglich an einem einzigen Kontaktpaar 19 angeschlossen, sondern an allen drei Kontaktpaaren 19 zugleich.
Dazu umfasst der Bremsstromkreis 21 drei Teilbremsstromkreise 23, wobei jeder Teilbremsstromkreis 23 an ein anderes der drei Kontaktpaare 19 angeschlossen ist, so dass die an einem jeweiligen Kontaktpaar 19 ausgegebene Wechselspannung an dem entsprechenden Teilbremsstromkreis 23 anliegt. Auf diese Weise ist jedes Kontaktpaar 19 über einen jeweiligen der Teilbremsstromkreise 23 kurzschließbar. Das ermöglicht ein direktes Kurzschließen der einzelnen Statorspulen 15, durch das eine effektivere Energieabfuhr und somit eine stärkere Dämpfung des Türflügels erzielt werden können, als wenn der Elektromotor 13 in üblicher Weise über seine Motorklemmen kurzgeschlossen würde, an denen er eine Gleichspannung ausgibt.
Die drei Teilbremsstromkreise 23 sind zumindest im Wesentlichen identisch ausgebildet und weisen jeweils ein Schaltelement 25 auf, über welches das von dem jeweiligen Teilbremsstromkreis 23 kurzschließbare Kontaktpaar 19 je nach Schaltzustand des Schaltelements 25 kurzgeschlossen ist. Geschaltet werden die Schaltelemente 25 aller drei Teilbremsstromkreise 23 mittels derselben Steuereinheit 27 der Bremsvorrichtung 11, die in der Figur vereinfacht als Block dargestellt ist. Die Steuereinheit 27 umfasst insbesondere einen Mikrocontroller und kann auch weitere Bauteile umfassen, insbesondere Bauteile, die mittels des Mikrocontrollers zur Ausgabe eines pulsweitenmodulierten Signals angesteuert werden können.
Über drei Ausgänge ist die Steuereinheit 27 mit den drei Schaltelementen 25 der Teilbremsstromkreise 23 verbunden. Auf diese Weise können die Schaltelemente 25 grundsätzlich unabhängig voneinander geschaltet werden. Das Schalten der Schaltelemente 25 erfolgt insbesondere jeweils pulsweitenmoduliert, um über die Pulsweitenmodulation des Kurzschlusses die Dämpfung des Türflügels auf eine gewünschte Weise zu beeinflussen.
Jeder der drei Teilbremsstromkreise 23 umfasst als Schaltelement 25 jeweils zwei antiseriell angeordnete Feldeffekttransistoren 29. Dabei sind die zwei Feldeffekttransistoren 29 jeweils über ihre Source-Anschlüsse direkt miteinander verbunden. Zudem sind die Source-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren 29 aller Teilbremsstromkreise 23 gemeinsam mit Erde oder einer Nullleitung verbunden, so dass sie auf demselben definierten Potential liegen.
In jedem Teilbremsstromkreis 23 sind ferner jeweils die Gate-Anschlüsse der zwei Feldeffekttransistoren 29 miteinander sowie mit der Steuereinheit 27 verbunden. Dadurch kann die Steuereinheit 27 eine zu dem definierten Potential der Source-Anschlüsse relative Spannung an die Gate-Anschlüsse der zwei Feldeffekttransistoren 29 eines jeweiligen Teilbremsstromkreises 23 ausgeben. Auf diese Weise können die zwei antiseriell angeordneten Feldeffekttransistoren 29 eines jeweiligen Teilbremsstromkreises 23 gemeinsam mittels der Steuereinheit 27 geschaltet werden, wodurch insgesamt ein Schalten der an dem jeweiligen Kontaktpaar 19 ausgegebenen Wechselspannung erreicht wird.
Wenn die Feldeffekttransistoren 29 eines jeweiligen Teilbremsstromkreises 23 auf diese Weise leitend geschaltet werden, wird die entsprechende Statorspule 15 mit vergleichsweise geringen Verlusten niederohmig kurzgeschlossen. Insofern trägt die beschriebene Ausbildung der drei Teilbremsstromkreise 23 zu einer vergleichsweise starken Dämpfung des Türflügels bei, ohne dass die Stärke der Dämpfung fest vorgegeben wäre. Denn über die Ansteuerung der Teilbremsstromkreise 23 mittels der Steuereinheit 27 lässt sich die Dämpfung flexibel und insbesondere auch richtungsabhängig einstellen.
Somit kann einerseits dadurch, dass die Statorspulen 15 des Elektromotors 13 einzeln über einen jeweiligen Teilbremsstromkreis 23 kurzgeschlossen werden, und andererseits dadurch, dass ein jeweiliger Teilbremsstromkreis 23 zwei antiseriell angeordnete Feldeffekttransistoren 29 mit verbundenen Source-Anschlüssen aufweist, eine insgesamt besonders starke Dämpfung der Bewegung des Türflügels erreicht werden, die dennoch zur Erzielung eines jeweils gewünschten Dämpfungsverhaltens flexibel anpassbar sein kann.
Bezugszeichenliste

11: Bremsvorrichtung
13: Elektromotor
15: Statorspule
17: Rotor
19: Kontaktpaar
21: Bremsstromkreis
23: Teilbremsstromkreis
25: Schaltelement
27: Steuereinheit
29: Feldeffekttransistor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005028007 B4 [0005]
DE 102015200284 B3 [0006, 0009]

Claims

Bremsvorrichtung (11) für einen beweglichen Türflügel, die einen als Generator betriebenen Elektromotor (13) umfasst, dessen Motorwelle durch eine Bewegung des Türflügels drehbar ist und der an einem Kontaktpaar (19) eine bewegungsabhängige Motorspannung ausgibt, und die einen Bremsstromkreis (21) umfasst, an den die Motorspannung angelegt oder anlegbar ist und über den das Kontaktpaar (19) kurzschließbar ist, um eine Bewegung des Türflügels zu dämpfen, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsstromkreis (21) zwei antiseriell angeordnete Feldeffekttransistoren (29) umfasst, deren Drain-Anschlüsse mit einem jeweils anderen Kontakt des Kontaktpaars (19) verbunden sind und deren Source-Anschlüsse miteinander sowie vorzugsweise zudem mit Erde oder einer Nullleitung verbunden sind, so dass das Kontaktpaar (19) je nach Schaltzustand der Feldeffekttransistoren (29) kurzgeschlossen ist.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit, bevorzugt eine Auswerte- und Steuereinheit, (27) vorgesehen ist, und dass die Gate-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren (29) mit der Steuereinheit (27) sowie vorzugsweise zudem miteinander verbunden sind, so dass die Feldeffekttransistoren (29) mittels der Steuereinheit (27) schaltbar sind.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (27) dazu ausgebildet ist, die Feldeffekttransistoren (29) derart zu schalten, dass eine Pulsweitenmodulation des in dem Bremsstromkreis (21) fließenden Stroms erfolgt, durch die eine Bremskraft zur Dämpfung der Bewegung des Türflügels einstellbar ist.
Bremsvorrichtung (11) für einen beweglichen Türflügel, die einen als Generator betriebenen Elektromotor (13) umfasst, dessen Motorwelle durch eine Bewegung des Türflügels drehbar ist und der an einem Kontaktpaar (19) eine bewegungsabhängige Motorspannung ausgibt, und die einen Bremsstromkreis (21) umfasst, an den die Motorspannung angelegt oder anlegbar ist und über den das Kontaktpaar (19) kurzschließbar ist, um eine Bewegung des Türflügels zu dämpfen, insbesondere nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Elektromotor (13) als bürstenloser Elektromotor (13) mit mehreren Statorspulen (15) ausgebildet ist, in denen jeweils in Abhängigkeit von der Bewegung des Türflügels eine Wechselspannung induziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (13) an dem Kontaktpaar (19) eine der in den Statorspulen (15) induzierten Wechselspannungen ausgibt und dass der Bremsstromkreis (21) einen Teilbremsstromkreis (23) umfasst, an den die an dem Kontaktpaar (19) ausgegebene Wechselspannung angelegt oder anlegbar ist und über den das Kontaktpaar (19) kurzschließbar ist.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (13) mehrere Kontaktpaare (19) aufweist, an denen der Elektromotor eine jeweils andere der in den Statorspulen (15) induzierten Wechselspannungen ausgibt, und dass der Bremsstromkreis (21) mehrere Teilbremsstromkreise (23) umfasst, über die ein jeweils anderes der Kontaktpaare (19) kurzschließbar ist.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (13) eine der Anzahl der Statorspulen (15) entsprechende Anzahl von Kontaktpaaren (19) aufweist, und dass der Bremsstromkreis (21) eine der Anzahl der Statorspulen (15) entsprechende Anzahl von Teilbremsstromkreisen (23) umfasst.
Bremsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teilbremsstromkreis (23) jeweils ein Schaltelement (25) umfasst, über welches das von dem Teilbremsstromkreis (23) kurzschließbare Kontaktpaar (19) je nach Schaltzustand des Schaltelements (25) kurzgeschlossen ist.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit, bevorzugt eine Auswerte- und Steuereinheit, (27) vorgesehen ist, und dass das Schaltelement (25) eines jeweiligen Teilbremsstromkreises (23), insbesondere eines jeden Teilbremsstromkreises (23), mittels der Steuereinheit (27) schaltbar ist.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (27) dazu ausgebildet ist, das Schaltelement (25) zumindest eines Treilbremsstromkreises (23), insbesondere eines jeden Teilbremsstromkreises (23), derart zu schalten, dass eine Pulsweitenmodulation des in dem Teilbremsstromkreis (23) fließenden Stroms erfolgt, durch die eine Bremskraft zur Dämpfung der Bewegung des Türflügels einstellbar ist.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsstromkreis (21) mehrere Teilbremsstromkreise (23) umfasst, und dass die Steuereinheit (27) dazu ausgebildet ist, die Schaltelemente (25) verschiedener Teilbremsstromkreise (23) unabhängig voneinander zu schalten.
Bremsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbremsstromkreis (23), insbesondere jeder Teilbremsstromkreis (23), als das genannte Schaltelement (25) zwei antiseriell angeordnete Feldeffekttransistoren (29) umfasst, deren Drain-Anschlüsse mit einem jeweils anderen Kontakt des von dem Teilbremsstromkreis (23) kurzschließbaren Kontaktpaars (19) verbunden sind und deren Source-Anschlüsse miteinander sowie vorzugsweise zudem mit Erde oder einer Nullleitung verbunden sind.
Bremsvorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gate-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren (29) mit der Steuereinheit (27) sowie vorzugsweise zudem miteinander verbunden sind, so dass die Feldeffekttransistoren (29) mittels der Steuereinheit (27) schaltbar sind.