DE1804480A1

DE1804480A1 - Tuerbetaetigungseinrichtung

Info

Publication number: DE1804480A1
Application number: DE19681804480
Authority: DE
Inventors: Jones Peter Leslie; Griffith John Tudor
Original assignee: Electricity Council
Current assignee: Electricity Council
Priority date: 1967-10-23
Filing date: 1968-10-22
Publication date: 1969-08-14
Also published as: FR1589629A; US3533188A; GB1199479A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A."Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 27, DEN

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

48114/67

THE ELECTRICITY COUNCIL

30, Mill-bank, London. S.W.1. England

Türbetätigungseinrichtung»

Die Erfindung betrifft eine Türbetätigungseinrichtung zum Öffnen und Schließen von Türen, bei denen eine Bewegung in der Ebene der Türe erforderlich ist. Die Erfindung ist anwendbar auf Schiebe- oder Falttüren.

Zur Durchführung der Erfindung wird ein linearer elektrischer Motor verwandt. Lineare Motoren, die durch Wechselstrom betätigt werden_;sind bekannt« Dies sind im allgemeinen Induktionsmotoren, die von einem Mehrphasenwechselstrom angetrieben werden, und diese Motoren besitzen Kraft-G-eschwindigkeitscharakteristiken, die im allgemeinen analog denen von Drehinduktionsmotoren sind. Solche Eigenschaften sind jedoch für Türbetätigungseinrichtungen nicht geeignet, bei denen die Türe aus dem ruhenden Zustande heraus bewegt und sehne]1 geöffnet werden soll,

Eu wurde festgestellt, daß eine TUrbetätigungseinrichtung angegeben werden Kann, bei der ein linearer elektrischer Motor verwandt wird, der analog einem £·;! ei chs trombe tat igten Motor ist, und gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Türbetäti^mgseinrxchtung, mit der der Türe eine lineai-e Bewegung erteilt wer-

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BAD ORlSlNAU

den kann, einen linearen, elektrischen Motor, der eine Feld— spulenanordnung und einen relativ hierzu linear beweglichen Anker besitztι wobei der Anker aus einem langgestreckten Glied besteht, auf das eine Spule gewickelt ist, von der wenigstens ein Teil über Bürsten an der Feldspulenanordnung mit Gleich« strom gespeist wird, und eine Einrichtung, um den beweglichen Teil des Motors mit der Türe zu verbinden» Durch die Verwendung eines gleichstrombetriebenen, linearen elektrischen Motors wird zu Beginn der Bewegung eine hohe Schubkraft erhal·* ten, um die Trägheit und die statische Reibung zu überwinden* Während der Bewegung erhält man ein Geschwindigkeitsgleichgewicht durch die rollende Reibung, und die Türe kann am Ende des Öffnungsvorganges dadurch abgebremst werden, daß der FeId- und/oder Ankerstrom geändert wird«

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Türbetätigungseinrichtung einen linearen, elektrischen Motor, der einen Anker und eine Feldspulenanordnung besitzt, wobei der Anker aus einer Stange aus ferromagnetischem Material besteht* auf die eine elektrisch leitende Spule isoliert von der Stange auf diese aufgewickelt ist, und wobei die Feldspulenanordnung relativ zu dem Anker linear beweglich ist und Bürsten, die in Kontakt mit der Spule auf der Stange stehen, um durch einen Teil der Spule Gleichstrom zu leiten, eine ferromagnetische Anordnung, die zusammen mit Teilen der Stange einen Magnetkreis bildet, und wenigstens eine Feldspule enthält, die zur Erzeugung eines Flußes in dem Magnetkreis mit Gleichstrom gespeist wird, wobei die Bürsten so angeordnet sind, daß wenigstens der Teil der Spule mit Energie versorgt wird, wo der Magnetfluß durch die Spule zwischen der Stange und dem äui'3eren Magnetkreis verläuft, und wobei, je nachdem welcher Teil beweglich ist, entweder die Feldspulenariordnung oder der Anker mit der Tür verbunden ist.

Die oben beschriebene Au3führungsform einer, mit Gleichrtrom be—

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trlebenen, linearen elektrischen Motores, der das Türsystem betätigt, weist bei der Verwendung als Türbetatigungseinrichtung einen besonderen Vorteil insofern auf als die Strom« leiter auf dem Anker lediglich auf einem kurzen Teil ihrer länge zwischen den Bürsten vom Strom durchlaufen werden? folg« lieh wird irgendein gegebener Teil des Ankers lediglich zeitweilig mit Strom gespeist, da sich die Feldspulenanordnung relativ zu dem Anker bewegt. Auf diese Weise können große Ankerströme bei einem geringen Querschnitt des Ankerleiters verwandt werden. Weiterhin wird die Türe weich betätigt, da die Geschwindigkeit eines Gleichstrommotors leicht gesteuert werden kann, und insbesondere läßt sich leicht die Geschwindigkeit der Türe verringern, wenn sich diese ihren Endstellungen nähert. Zusätzlich ist die erforderliche Eingangsleistung sehr gering, wenn eine Schubkraft bei niedrigen Geschwindigkeiten erzeugt wird.

Bei einigen Arten von Schiebetüren, z. B. bei Türen an Untergrundbahnzügen, ist auf einer Seite der Türe genügend Raum vorhanden, um eine lange Betätigungsvorrichtung anzubringen. Deshalb bildet man in diesem Falle zweckmäßigerweise den Anker beweglich aus und koppelt ihn mit der Türe, während die FeIdspulenanordnung feststehend ausgebildet wird. Hierdurch werden keine flexiblen Verbindungen oder Gleitkontakte benötigt, mit denen den Feldspulen oder den Bürsten, die die Ankerspule speisen, Energie zugeführt wird. In anderen Fällen, wie z. B. bei Lift oder Aufzugstüren, kann ein nur unzureichender Raum zur Verfügung stehen, um den Anker beweglich auszubilden. In diesem Fall kann deshalb die Feldspulenanordnung beweglich ausgebildet werden. In solchen Fällen ist oft die Bewegungsbahn der Türe begrenzt, und man führt der Feldspulenanordnung zweckmäßig den Strom über einen schwenkbaren Arm zu, in dem ein flexibles Kabel angeordnet sein kann.

Vorzugsweise werden zwei Paare Bürsten verwandt, um zwei Abschnitte der Ankerspule in entgegengesetzten Richtungen zu erregen. Eine Bürste kann beiden Paaren gemeinsam sein. Bei ei—

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nem solchen Aufbau kann die Feldspulenanordnung zwei Polstück«* die jeweils zwischen den Bürsten der beiden Paare angeordnet sind, und zwei weitere Polstücke aufweisen, von denen je eines jenseits jeder Endbürste angeordnet ist« Die Schubkraft kann jedoch dadurch erhöht werden, daß mehrere Pole vorgesehen wer·«· den, und bei einer zweckmäßigen Ausführungsform, bei der vier Pole verwandt werden, wird ein Magnetkreis zwischen dem ersten inneren Pol und einem zweiten inneren Pol gebildet, wobei der ^■reis durch den Anker in eine Richtung und zurück durch den äußeren ferromagnetischen Teil des Feldspulensystems geschloe«·» sen wird, und ee werden ein zweiter und ein dritter Magnet*» kreis gebildet, bei denen der Fluß von einem inneren Pol zu einem angrenzenden äußeren Pol durch den Anker in entgegenge«· setzter Richtung und von dort zurück durch den ferromagnetic sehen Teil des Feldspulensystems verläuft« Man kann drei Bür«· ßten vorsehen, die zwischen aufeinanderfolgenden benachbarten Polstücken angeordnet werden« Wenn man annimmt, daß die Pole alle ähnlich sind, und die Magnetkreise ähnliche Wicklungen besitzen und daß der Anker einen konstanten Querschnitt besitzt, dann ist der maximale Fluß an jedem inneren Pol jetzt zweimal so groß wie der Fluß durch den Anker· Der Schub, der aus dem Produkt aus der Stromdichte und dem Fluß gebildet wird, wird somit bei demselben Ankerstrom verdoppelt im Vergleich zu einem Zweipolsystem·

Am zweckmäßigsten wird der Magnetkreis durch eine Feldspule oder Spulen gespeist, die koaxial mit dem Anker angeordnet sind*

Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand von vorzugsweisen Ausführungsbeispielen erläutert werden, wie sie in der Zeichnung dargestellt sind· Es zeigt

Fig. 1 die allgemeine Anordnung einer Schiebetür und ihrer Betätigungseinrichtung, wie sie für die Verwendung bei einem Eisenbahnwagen geeignet sind;

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Fig· 2 eine Draufsicht, die teilweise im Schnitt dargestellt ist, auf eine Ausfuhrungsform eines linearen elektrischen Motores, wie er als Betätigungseinrichtung in Pig· 1 verwandt werden kann;

Pig· 3 eine Darstellung zur Erläuterung der Betriebsweise des in Pig. 2 gezeigten Motors;

Pig· 4· eine Endansicht des feststehenden Teiles des in Pig· 1 gezeigten Motors;

Pig· 5 eine ähnliehe Ansicht wie in Pig· 3 einer anderen Aueführungsform eines Motors;

Pig, 6 eine schematische Darstellung, die eine Tür« betätigungseinrichtung für einen Aufzug zeigt«

In Pig· 1 ist schematisch eine Tür 8 dargestellt, die in Füh·-· rungsschienen 9 in den durch den Pfeil 11 angezeigten Richtungen verschiebbar ist· Die Türe ist durch eine Kopplungsvorrichtung 10 mit einem Anker 12 verbunden, der mit einer feststehenden Feldspulenanordnung 7 zusammenwirkt.

Der Anker und die Feldspulenanordnung sind in den Figuren 2 bis 4 im einzelnen dargestellt. Der bewegliche Anker 12 besteht aus einer Stange aus weichem Stahl, um die gleichförmig eine Anker« spule 13 gewickelt ist. Die Spule wird aus einem isolierten Kupferdraht gebildet, dessen Isolation entlang einem Streifen auf einer Seite entfernt ist, so daß eine Kommutatoroberfläche gebildet wird. Diese Ankerspule wird auf zwei Teilstücken ihrer Länge mit Hilfe von zwei Paar Bürsten erregt, wobei eine Bürste 16 beiden Paaren gemeinsam ist und zwischen den anderen beiden Bürsten 15, 17 angeordnet ist. Der durch diese Bürsten fließende Strom ist so gerichtet, daß die in den beiden Teilen des Ankers erzeugten Flüsse entgegengesetzte Richtungen aufweisen·

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Diese Bürsten werden von einer feststehenden Anordnung getragen, die eine Feldspule und einen hiermit verbundenen Magnetkreis enthält. Der Magnetkreis wird durch ferromagnetische Glieder 20 gebildet, die vier Polstücke 21, 22, 23 und 24 aufweisen, die den Anker 12 im wesentlichen umfessen. In der besonderen, dargestellten Anordnung sind drei Feldspulen 25 vorgesehen, die koaxial mit dem Anker 12 angeordnet, jedoch in dem ferromagnetischen Glied 20 so angebracht sind, daß sie relativ hierzu feststehen, wofcei diese Spulen zwischen den Polstücken angeordnet sind.

In der in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Ausfuhrungsform ist die Feldspulenanordnung von einem Gehäuse umschlossen, das eine obere und eine untere Seite und Seitenwände 30 aus nicht eisenhaltigem Material besitzt. An jedem Ende wird die Anordnung gegen eine seitliche Verschiebung durch Führungen blöcke 31 aus Polytetrafluoräthylen gehalten. In senkrechter Richtung ist der Anker auf Führungsrollen 32 gelagert, auf denen der Anker 12 mit seiner Unterseite aufliegt«

In Figur 3 sind die Flußbahnen dargestellt. Wie aus dieser Figur hervorgeht, wird, wenn die Feldspulen 25 erregt werden, ein erster MagnetfluSkreis, der durch die gestrichelte Linie ) 26 dargestellt ist, erzeugt, der durch das ferromagnetische Glied 20 zwischen den beiden inneren Polen 22, 23 verläuft und durch den Anker 12 geschlossen wird» Zweite und dritte I-iagnet« flußbahnen 27, 28 werden zwischen dem Innenpol 22 und dem Außenpol 21 bzw. zwischen dem Innenpol 23 und dem Außenpol 24 gebildet. In jedem Magnetkreis tritt der Fluß an den Polstücken durch die Ankerwicklung 13» Diese Seile der Ankerwicklung sind erregt,und es tritt somit eine mechanische Kraft zwischen den s tr omfUIir enden ^eitern auf dem Anker und der feststehenden Feld-. spulenanordnung auf. Hierdurch wird der Anker bewegt. Während sich der Anker bewegt bleibt der passende Abschnitt der Ankerwicklung immer durch die Bürsten erregt und folglich bewegt sich der Anker kontinuierlich. Dieses besondere, lineare Motor·« system ist einem gleichstromgetriebenen Drehstrommotor analog*

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und es tritt deshalb ein Hauptechub bei niedrigen Betätigungageachwindigkeiten auf. Da die Ankerwicklung lediglich auf einem begrenzten Teil ihrer Länge Strom führt und dieser Teil aioh ändtrtf wenn sich der Anker bewegt, kann ein großer Ankerstrom bei einer geringen Größe des Ankerleiters angewandt werden. Eine Umkehrung der Bewegung wird dadurch erMcht» daß entweder der Feldstrom oder der Ankerstrom umgeschaltet wird« Bei dem oben beschriebenen Vierpolsystem beträgt der maximale Fluß an den Innenpol·» 22, 23 2B_S · k_t wenn A der Ankerquerschnitt und Β. die Sättigungeflußdichte des Ankerkernmaterials ist. Dieser Wert ist Eweiaal ·ο groß wie der Wert für ein entspre·· ohendes Zweipolsystem, und deshalb ist der durch den Motor erzeugte Schub doppelt so groß wie bei einem Zweipolsystem.

Der Anker kann einen runden Querschnitt, wie es in Fig. 4- dar« gestellt ist, oder einen anderen Querschnitt aufweisen« Falle der Ankerquersohnitt rund ist, kann eine nicht gezeigte Schalt« I)BW. Steuereinrichtung verwandt werden, um den Anker zu drehen, so daß ein gleichmäßiger Bürstenabrieb über den Umfang der Ankerspule auftritt·

Es ist jedoch manchmal zweckmäßig, einen Anker zu verwenden, der nicht rund ist. In Fig. 5 ist ein Anker dargestellt, der eine allgemein rechteckige Form aufweist, dessen kürzere Seiten jedoch abgerundet sind, so daß die Ankerwicklung eng auf den Umfang der Ankeroberfläche aufgewickelt und gehalten werden kann« Der in Fig* 5 dargestellte Anker 4-0 gleitet auf einem Polytetrafluoräthylenblock 41 in der Feldspulenanordnung» Ss sind zwei Polstücke 42 zusammen mit einer Feldwicklung 43 und einem Gehäuse 44 aus nicht eisenhaltigem Metall dargestellt. Wie an Hand der Figuren 2 und 3 ausgeführt wurde, können Viel·· faohpole verwandt werden. Die in Fig. 5 dargestellte Ausfuhr rungsform gestattet einen besonders kompakten Aufbau der Feld·· spulenanordnung.

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Wenn der Motor für eine Türe verwandt werden soll, "bei der kein Raum vorhanden ist, um den Anker zu bewegen, so kann der Anker 12 feststehend angeordnet werden, und die Türe kann an der Peldspulenanordnung befestigt werden. Eine solche An*· Ordnung kann für eine Idft-oder Aufzugstür verwandt werden, wie sie schematisoh in Pig» 6 dargestellt ist. In dieser Pigur ist ein feststehender Anker 50 und eine Peldspulenan·· Ordnung 51 gezeigt, die entlang dem Anker verschiebbar ist. Diese Peldspulenanordnung ist mit einem Glied 52, das einen Teil der Tür bildet, mit Hilfe einer federnden Kopplung 53 verbunden. In diesem Pail kann die Peldspulenanordnung durch gleitende Kontakte, die mit zwei leitenden Schienen neben der Bahnspur in Kontakt stehen oder durch frei hängende leitungen, die durch ein Bowdenkabel gehalten werden, oder am besten durch flexible Leitungen, die durch einen schwenkbaren Arm ge·· halten werden, mit Strom versorgt werden.

In Pig. 6 ist die Zuführungsleitung als eine flexible Leitung 54 dargestellt, die zwischen der Peldspulenanordnung 51 und einer Steuereinheit 55 verläuft, die die Zuführung des Gleichströme von einer Energiequelle 56 eu den Feldspulen und dem Anker dt euert. Diese Steuereinheit kann in bekannter Art und Weise von Hand mit Hilfe von Druokknopf Steuerungen zusammen mit Begrenzungseohaltern betätigt werden. Die Begrenzungs» schalter an jedem Ende der Bewegungsbahn sind dafür vorgesehen, den Peldstrom und den Ankeretrom zu unterbrechen. Um die Türe gerade vor jedem Ende der Bewegungsbahn zu verlangsamen, sind weitere Begrenzungsschalter vorgesehen, die den Peldstrom in dem letzten Teil der Bewegungsbahn erhöhen und den Ankerstrom erniedrigen. Eine Umkehrung der Bewegung kann dadurch erreicht werden, daß die Polarität des Peldstromes oder des Ankerstromes umgekehrt wird; vorzugsweise wird der Peldstrom umgepolt, da dieser kleiner als der Ankerstrom ist. Die Steuereinheit sollte gewöhnlich so ausgebildet werden, daß sie eine unverzügliche Umkehrung der Bewegung bewirkt, wenn die Türe gegen ein Hinder«» nie trifft» Dieses Hindernis kann durch einen mit einer Gummi-» stirnfläche ausgestatteten Streifen an der Pührungskante der

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Türe festgestellt werden, der einen Schalter "betätigt, wenn er in Berührung mit einem Hindernis kommt. Es wird insteson«« dere darauf hingewiesen, daß ein gleiehstromgetriebener,
linearer elektrischer Motor schnell und leicht umgepolt werden kann, so daß diesem Erfordernis Rechnung getragen werden kann»

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Claims

Patentansprüche

1) Türbetätigungevorrichtung zur linearen Bewegung einer Türe, dadurch gekennzeichnet, daß ein linearer, elektrischer Motor mit einer Peldspulenanordnung und einem Anker (12)₉ die relativ gegeneinander -verschiebbar sind und von denen der bewegliche Teil mit der Türe verbunden ist, vorgesehen ist, daß der Anker aus einer langen Stange besteht, auf die eine Spule (13) jaufgewickelt ist, von der wenigstens ein Teil über Bürsten (15, 16, 17), die an der Feldspulenan« Ordnung befestigt sind, mit Gleichstrom erregbar ist»

2) Türbetätigungsvorrichtung zur linearen Bewegung einer Türe_t dadurch gekennzeichnet , daß ein linearer Motor mit einem Anker (12) und einer Feldspulenanordnung vor««· gesehen ist, die linear relativ gegeneinander beweglich sind und von denen der bewegliche Teil mit äex Türe verbunden ist, daß der Anker aus einer Stange (12, 40) aus ferromagnetischem Material besteht, auf die eine elektrisch leitende Spule (13) elektrisch isoliert von der Stange gewickelt ist, daß die Feld« spulenanordnung Bürsten (15» 16, 17), die in elektrischem Kontakt mit der Spule auf der Stange zur Erregung des zwischen ihnen liegenden Teiles der Spule stehen, wenigstens ein ferromagnetisches Joch (2O)₉ daß mit einem Teil der Stange einen Magnetkreis bildet und wenigstens eine Feldspule (25) zur Erzeugung eines Magnetflußes in dem Magnetkreis besitzt _t und daß wenigstens ein Teil der Spule, in dem der Magnetfluß die Spule (13) auf der Stange (12) kreuzt, durch die Bürsten erregbar ist«

3>) Türbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor zwei Paar Bürsten

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besitzt, um zwei Abschnitte der Ankerspule in entgegengesetzten Richtungen jbu erregen*

4·) ^^betätigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge·· k e rη * β i c h η e t , daß eine Bürste (16) den beiden Paaren gemeinsam ist·

5) !^betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch ge·· kennzeichnet , daß die Feldspulenanordnung zwei Polstüeke (22_V 23)» die jeweils zwischen den beiden Bürsten»· paaren (15»16, 17) angeordnet sind, und zwei weitere Polsttioke (21, 24) besitzt, zwischen denen die Bürsten angeordnet sind«¹

6) Tür betätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden An*. Sprüche, dadurch gekennzeichnet^ daß die Feld«· spulenanordnung wenigstens eine Feldspule (25) besitzt, die üb den Anker (I2) verläuft.

7) !^betätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden An«» Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der An*· ker «inen beliebigen Querschnitt aufweist»

θ) Türbetätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Anker feststehend angeordnet und die Feldspulenanordnung beweg» lieh ausgebildet und mit der Türe verbunden ist*

9) Türbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldspulenanordnung der Strom über eine flexible Leitung (54-) zugeführt wird·

10) Türbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge·. kennzeichnet, daß der Feldspulenanordnung der Strom von parallel zu dem Anker verlaufenden leitern, mit denen gleitende Kontakte in Berührung stehen, zugeführt wird.

11) Türbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7»

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dadurch gekennzeichnet , daß die Peldspulenanordming feststehend und der Anker "beweglich ausgebildet und mit der Türe verbunden ist,

12) Türbetätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß an jedem Ende der Bewegungsbahn der Türe durch die Türe betätig·- bare Begrenzungsschalter zum Unterbrechen des Stromes für die Feldspule und die Ankerwicklung vorgesehen sind,

13) Türbetätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß an jedem Ende der Bewegungsbahn der Türe Schalter zur Änderung des Jeldstromes für eine Yerlangsamung der Türbewegung vorgesehen sind.

14) Türbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e « kennzeichnet , daß an jedem Ende der Bewegungsbahn der Türe durch die Türe betätigbare Schalter zur Erhöhung des Feldstromee und zur Erniedrigung des Ankefstromes während des letzten Teiles der Bewegungsbahn der Türe vorgesehen sind»

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