DE19522622A1 - Vorrichtung zur Steuerung eines motorischen Antriebs - Google Patents

Vorrichtung zur Steuerung eines motorischen Antriebs

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines motorischen Antriebes zur Betätigung der Antriebswelle eines zwischen zwei Endstellungen und ggf. einer oder mehreren dazwischenliegenden Haltestellung bewegbaren Elements insbesondere Endabschaltung für Rohrantriebe, Aufsteck­ antriebe, Garagentorantriebe (Deckenschlepper) oder dgl., mit einer das Erreichen einer End- bzw. Haltestellung angebenden Schalteinrichtung, deren Ausgangssignale zur Abschaltung des Antriebs verwendet werden, mit einer Speichervorrichtung für die Aufnahme, Speicherung und Angabe der End- und/oder Haltestellungen und einer Positions-Angabevorrichtung, die ein von der jeweiligen Stellung des bewegbaren Elementes abhängi­ ges Signal erzeugt, wobei die Schalteinrichtung bei Erreichen der angestrebten End- bzw. Haltestellung in Übereinstimmung mit dem zugehörigen Angabewert der Speichervorrichtung das entsprechende Ausgangssignal zur Abschaltung des Antriebs auslöst.
Derartige Vorrichtungen sind insbesondere zur elektronischen Endabschaltung von Rolladen, Markisen, Garagentoren, Roll­ toren, Rollgittern und dgl. bestimmt. Mit diesen sollen die Rolladen, Markisen, Tore und dgl. automatisch angehalten werden, wenn sie eine vorbestimmte Stellung, insbesondere eine Endstellung erreicht haben.
Da die Einstellung der End- bzw. Haltestellungen häufig recht aufwendig ist, weil die Rolladen, Markisen, Tore oder dgl. unterschiedlichste Abmessungen aufweisen, ist in der DE 38 01 245 A1 bereits ein Torantrieb mit einer von der Bewegung eines Torblattes abhängigen Steuerung des Antriebsmotors vor­ geschlagen, der bei einfachem Aufbau vor allem auch bei einer Erstinbetriebnahme eines neuinstallierten Tores keine diffizilen Einstellarbeiten verlangt. Dabei geht man von der Grundvorstellung aus, eine die jeweilige Bewegungsstellung eines Torblattes angebende Positions-Angabevorrichtung zumindest einmal auf dem Weg zwischen den beiden Endstellung mit der tatsächlichen Torbewegung zu synchronisieren, wodurch ermöglicht werden soll, daß diese Angabevorrichtung in gewissem Umfange fehlerbehaftet sein darf. Bei Durchlaufen einer bestimmten, weitgehend frei wählbaren Referenzpunkt­ stellung des Torblattes zwischen dessen Endstellungen bzw. ein oder mehreren zwischen diesen angeordneten Haltestellungen wird eine Referenzpunkt-Indikatorvorrichtung betätigt, die ihrerseits ein Synchronisiersignal zu der Positions-Angabevor­ richtung leitet, wodurch diese Angabevorrichtung auf einen bestimmten Wert eingestellt wird, der von der Durchfahr­ richtung des Torblattes durch die Referenzpunktstellung abhängig sein kann. In einer Speichervorrichtung wird je Endstellung und je Haltestellung des Torblattes ein bestimmter Speicherwert eingegeben, der den Wert der Positions-Angabevor­ richtung bestimmt, bei dessen Erreichen der Antriebsmotor stillgesetzt wird.
Bei dem bekannten Torantrieb wird zwar die Möglichkeit geschaffen, durch eine Referenzpunkt-Indikatorvorrichtung elektronisch die Anfangs-und Endstellung sowie dazwischenlie­ gende Haltestellungen zu bestimmen, jedoch entstehen durch das inkrementale Meßverfahren neue Meßfehler, die auch durch das automatische Synchronisieren bei einem jeden Durchlaufen der Referenzpunktstellung nicht ausgeglichen werden. Die Meßfehler beruhen im wesentlichen darauf, daß eine sehr große Anzahl von Impulsen gezählt werden muß, was aufgrund der harten Betriebs­ bedingungen zu erheblichen Fehlern führen kann. Damit werden die Endstellungen nicht exakt angefahren, was zu einer Beschädigung der beweglichen Elemente, wenn nicht gar zu deren Zerstörung führen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit einfachen technischen Mitteln eine hohe Meßgenauigkeit gewährleistet und dies auch bei Langzeitbetrieb unter härtesten Betriebsbedingungen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Positions-Angabevorrichtung ein periodisches, von der Stellung des bewegbaren Elements abhängiges Signal erzeugt, dessen Signalmaxima und/oder -minima als virtuelle Referenzpunkte erfaßt werden, daß die Lage der End- bzw. Haltestellungen durch jeweils einen virtuellen Referenzpunkt sowie den Absolutwert der Signalspannung an der End- bzw. Haltestellung definiert wird und daß die Anzahl der zwischen zwei End- bzw. Haltestellungen liegenden Referenzpunkte sowie die den End­ bzw. Haltestellungen zugeordneten Absolutwerte der Signal­ spannung in der Speichervorrichtung gespeichert werden.
Das der Steuerung zugrundeliegende periodische Signal kann besonders einfach von der Bewegung der Antriebswelle abgelei­ tet werden. Eine Periode entspricht dabei einer bestimmten Wegstrecke des zu bewegenden Elements. Jeder End- bzw. Halte­ stellung wird ein analoger Wert dieser Signalspannung zuge­ ordnet. Darüber hinaus werden beim Anfahren einer End- bzw. Haltestellung die Extrema, also die Maxima und/oder Minima des Signals erfaßt und gezählt. Diese Extrema bilden sogenannte virtuelle Referenzpunkte. Durch die Anzahl der zwischen zwei End- bzw. Haltestellungen liegenden virtuellen Referenzpunkte sowie die durch die jede End- bzw. Haltestellung zugeordnete Signalspannung ist die zwischen zwei Punkten zurückzulegende Strecke eindeutig definiert. Die Genauigkeit des Anfahrens der End- bzw. Haltestellungen wird dadurch erreicht, daß das Signal direkt von der Stellung des bewegbaren Elements abhängt, wobei jedem Haltepunkt ein absoluter Signalspannungs­ wert zugeordnet wird. Gegenüber rein inkrementalen Meß­ verfahren hat dies den Vorteil, daß auftretende Störungen, z. B. Burstimpulse im Stromnetz, die Abschaltgenauigkeit nicht beeinflussen können. Das gilt auch für die inkrementalen virtuellen Referenzpunkte, da diese aus den Signalextrema ermittelt werden, und diesen somit auch ein analoge Absolut­ werte zugeordnet werden können.
Besonders einfach kann das periodische Signal durch ein Drehpotentiometer ohne Anschlag mit einem geschlossenen Widerstandsring erzeugt werden. Ein solches Drehpotentiometer ist besonders einfach, beispielsweise an der Antriebswelle, vorzusehen.
Vorteilhafterweise weist das Potentiometer eine lineare Kennlinie auf. Der Wert des Signals ist deshalb innerhalb einer Halbperiode proportional zu der zurückgelegten Strecke des bewegbaren Elements.
Zweckmäßigerweise liegen die Anschlüsse des Drehpotentiometers bei 0° und 180°. Hieraus folgt, daß auch die Signalmaxima und -minima bei 0° und 180° liegen. Diese bilden gleichzeitig die virtuellen Referenzpunkte, die auf diese Weise direkt von der Stellung des bewegbaren Elements bzw. der dieses Element antreibenden Welle abgeleitet ist.
Gemäß weiterer Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, daß das Drehpotentiometer über ein Zahnradgetriebe oder einen Riementrieb angetrieben ist. So kann die Drehgeschwindigkeit des Drehpotentiometers im Verhältnis zu der des bewegbaren Elements so gewählt werden, wie dies für die gewünschte Schaltgenauigkeit erforderlich ist.
In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß das Zahnradgetriebe oder der Riementrieb eine Übersetzung von 1 : 3 aufweisen. Auf diese Weise kommen auf eine Umdrehung der Antriebswelle drei Potentiometerumdrehungen, was sich als günstig erwiesen hat, um in der Praxis die gewünschte Genauigkeit zu erhalten.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zur Verwendung in einem Rohr­ antrieb,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß zur Signalerzeugung verwendeten Drehpotentiometers,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des zur Steuerung des motorischen Antriebs verwendeten Signals,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Aus­ führungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verwendung in einem Aufsteckantrieb.
Der in Fig. 1 gezeigte Rohrantrieb weist einen nicht näher dargestellten zylindrischen Elektromotor 1 auf, der in einer aus einem kreiszylindrischen Rohrkörper bestehenden, ebenfalls nicht dargestellten (Wickel-)Hohlwelle angeordnet ist, an der in bekannter Weise der Endrand eines Rollos, einer Markise oder dgl. befestigt ist. Die Abtriebswelle des Elektromotors ist mit einem Mitnehmerlaufring 2 verbunden, der eine Nase 3 aufweist, über die er fest mit der Innenwandung der nicht dargestellten Hohlwelle verbunden ist. Ein aus dem einen Ende der Hohlwelle herausragender Lagerstutzen 4 ist in einer Halteplatte 5 mittels eines Befestigungsstiftes 6 befestigt, der durch Öffnungen 7 in den Lagerstutzen 4 eingreift.
Der mit der drehbaren Hohlwelle, auf der ein nicht dargestell­ tes Rollo, eine Markise oder dgl. auf- und abgewickelt wird, fest verbundene Mitnehmerlaufring 2 weist eine Innenverzahnung auf, die mit einem Stirnrad 8 kämmt.
Zur Steuerung des Antriebs, insbesondere zu dessen Endab­ schaltung, ist in einem Steuergehäuse 9 eine als Drehpotentio­ meter 10 ausgebildete Positions-Angabevorrichtung angeordnet, die über die nur schematisch dargestellte Welle 11 mit dem Stirnrad 8 drehbar verbunden ist.
Der Umfang des Stirnrades 8 ist so ausgelegt, daß auf eine Umdrehung des Mitnehmerlaufrings 2 drei Umdrehungen des Stirnrades 8 und somit auch der Welle 11 sowie des Drehpoten­ tiometers 10 kommen. Somit steht die Stellung des Drehpoten­ tiometers 10 in direkter Beziehung zur Stellung des Mitnehmer­ laufrings 2 und somit auch zur Stellung des mit dem Mitnehmer­ laufring 2 über die nicht dargestellte Hohlwelle verbundenen bewegbaren Elements.
Der Anschluß 12 dient zum einen zur Spannungszufuhr und zum anderen zur Signalübertragung von dem als Positions-Angabevor­ richtung dienenden Drehpotentiometers 10 zu einer nicht dargestellten Schalteinrichtung, deren Ausgangssignale zur Abschaltung des Antriebs, also des zylindrischen Elektro­ motors 1 verwendet werden.
In Fig. 2 ist der Aufbau des Drehpotentiometers 10 genauer dargestellt. Das Drehpotentiometer weist einen geschlossenen Widerstandsring 13 auf, dessen Anschlüsse 14 und 15 sich gegenüberliegen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies die 0° und 180° Position des geschlossenen Widerstandsrings 13. Der Schleifring 16 ist mit einem Anschluß 17 verbunden und kann ohne Anschlag durchdrehen.
Bei Drehung des Schleifrings 16 ergibt sich am Anschluß 17 der in Fig. 3 dargestellte Signalspannungsverlauf. In der 0° Position liegt der Schleifring 16 direkt am Anschluß 14 auf, so daß die zwischen Anschluß 14 und Anschluß 17 anliegende Signalspannung 0 beträgt. Bei Drehen des Schleifrings 16 steigt diese Signalspannung entsprechend dem sich am ge­ schlossenen Widerstandsring 13 zwischen dem Schleifring 16 und dem Anschluß 14 ergebenden Ohm′schen Widerstand an. Die Signalspannung erreicht ihr Maximum, wenn der Schleifring 16 am Anschluß 15 in seiner 180° Position anliegt. Bei Weiter­ drehen des Schleifrings sinkt sie bis zur 360° Position, in der der Schleifring 16 wiederum am Anschluß 14 anliegt, auf 0 Volt ab. Durch weiteres Drehen des Schleifringes 16 ergibt sich somit ein periodischer Signalspannungsverlauf, der zwi­ schen 0 Volt und einer Maximalspannung schwankt. Sofern das Drehpotentiometer 10 eine lineare Kennlinie aufweist, ergibt sich die in Fig. 3 dargestellte dreieckige Form für die Signalspannung. Dadurch kann jeder Drehposition des Drehpoten­ tiometers 10 besonders einfach und genau ein entsprechender Signalspannungswert zugeordnet werden.
Damit auch jede Stellung des bewegbaren Elements eindeutig aus dem Signal der Positions-Angabevorrichtung, d. h. dem Drehpo­ tentiometer 10 bestimmbar ist, werden die bei 180°, 540° etc. des Signals auftretenden Spannungsmaxima und/oder die bei 0°, 360° etc. des Signals auftretenden Spannungsminima von der nicht dargestellten Schalteinrichtung erfaßt und als virtuelle Referenzpunkte gezählt. Da diese Signalextrema grundsätzlich dann auftreten, wenn der Schleifring 16 an den Anschlüssen 14 bzw. 15 zu liegen kommt, stehen diese Signalextrema in direk­ tem Bezug zur Drehstellung des Drehpotentiometers 10 und somit zur Stellung des Mitnehmerlaufrings 2 sowie des zu bewegenden Elements. Da die Signalspannung an den virtuellen Referenz­ punkten nicht nur, wie bei rein inkrementalen Meßverfahren, als Impuls vorliegt, sondern den Signalmaxima und -minima auch analoge Absolutwerte für die Signalspannung zugeordnet werden können, kann die Auswertung des Signals und die Bestimmung und Zählung der virtuellen Referenzpunkte besonders sicher erfol­ gen, ohne daß auftretende Störungen, z. B. Burstimpulse in der Netzzuleitung, die Abschaltgenauigkeit beeinflussen könnten.
Zum Programmieren der End- bzw. Haltestellungen wird der nicht dargestellten Schalteinrichtung, die beispielsweise ein Microcontroller sein kann, durch Drücken eines Programmierta­ sters mitgeteilt, daß eine Programmierung der End- bzw. Haltepunkte erfolgen soll. Nun wird der Rohrantrieb im Tastbetrieb ("auf" oder "ab") auf den Punkt der ersten End­ bzw. Haltestellung gefahren. Dieser Punkt wird der Schaltein­ richtung durch entsprechendes Drücken des Programmiertasters mitgeteilt. Dadurch wird der Referenzpunktzähler auf 0 gesetzt und der absolute Spannungswert des Signals an diesem Punkt eingelesen und in der Speichervorrichtung abgelegt. Nun wird die zweite End- bzw. Haltestellung wiederum im Tastbetrieb angefahren. Während dieser Fahrbewegung zählt die Schaltein­ richtung die aus dem Signal ermittelten virtuellen Referenz­ punkte im Referenzpunktzähler. Die Lage des zweiten Halte­ punktes, beispielsweise der zweiten Endlagenstellung, wird der Schalteinrichtung durch entsprechendes Drücken des Program­ miertasters mitgeteilt. Der an diesem Punkt anliegende Analogwert der Signalspannung wird ebenso in einem EEPROM der Speichervorrichtung gespeichert, wie der Wert des Referenz­ punktzählers und der Analogwert der ersten Haltestellung.
Nach erfolgter Speicherung der verschiedenen End- bzw. Haltestellungen können diese automatisch, z. B. über eine Funkfernsteuerung oder einen Türschloßschalter, angefahren werden. Wird dabei der Rolladen oder die Markise von einer Endlage in eine zweite Endlage gefahren, so werden für den eigentlichen Verfahrvorgang von der Steuerung die virtuellen Referenzpunkte gezählt, bis der in der Speichervorrichtung abgelegte Wert erreicht wird. Der Motor läuft so lange weiter, bis auch der für die jeweilig Endstellung im EEPROM gespei­ cherte Analogspannungswert der Signalspannung erreicht wird, worauf der Motor abgeschaltet wird.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform zeigt einen Aufsteckantrieb 18, der mit der als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle 19 auf eine (nicht dargestellte) Garagentorwelle oder dgl. aufsteckbar ist. Die Hohlwelle 19 wird von einem Elektromotor 20 angetrieben, der an ein Schaltgehäuse 21 angeflanscht ist.
Zum Antrieb des als Positions-Angabevorrichtung dienenden Drehpotentiometers 10 ist auf der Abtriebswelle 19 eine Scheibe 22 vorgesehen, die über einen Keil- oder Zahnriemen 23 mit einem Getriebe 24 verbunden ist. Dieses Getriebe 24 steht über eine Welle 25 mit dem Drehpotentiometer 10 in Verbindung, das einen Anschluß 12 für die Schalteinrichtung aufweist. Die Übersetzung des Getriebes 24 ist so gewählt, daß auf eine Umdrehung der Abriebswelle 19 zwischen einer und fünf Umdrehungen des Drehpotentiometer 10, vorzugsweise drei Um­ drehungen des Drehpotentiometers 10 kommen. Die Arbeitsweise des Aufsteckantriebs 18 in bezug auf die Endabschaltung ist die gleiche wie die des in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Rohrantriebs.
Bezugszeichenliste
1 zylindrischer Elektromotor
2 Mitnehmerlaufring
3 Nase
4 Lagerstutzen
5 Halteplatte
6 Befestigungsstift
7 Öffnungen
8 Stirnrad
9 Steuergehäuse
10 Drehpotentiometer
11 Welle
12 Anschluß
13 geschlossener Widerstandsring
14 Anschluß
15 Anschluß
16 Schleifring
17 Anschluß
18 Aufsteckantrieb
19 Abtriebswelle
20 Elektromotor
21 Schaltgehäuse
22 Riemenscheibe
23 Riemen
24 Getriebe
25 Welle

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Steuerung eines motorischen Antriebes zur Betätigung der Antriebswelle eines zwischen zwei Endstellungen und ggf. einer oder mehreren dazwischenliegenden Haltestel­ lungen bewegbaren Elementes, insbesondere Endabschaltung für Rohrantriebe, Aufsteckantriebe, Garagentorantriebe (Decken­ schlepper) oder dgl., mit einer das Erreichen einer End- bzw. Haltestellung angegebenen Schalteinrichtung, deren Ausgangs­ signale zur Abschaltung des Antriebs verwendet werden, mit einer Speichervorrichtung für die Aufnahme, Speicherung und Angabe der End- und/oder Haltestellungen und einer Positions- Angabevorrichtung, die ein von der jeweiligen Stellung des bewegbaren Elements abhängiges Signal erzeugt, wobei die Schalteinrichtung bei Erreichen der angestrebten End- bzw. Haltestellung in Übereinstimmung mit dem zugehörigen Angabe­ wert der Speichervorrichtung das entsprechende Ausgangssignal zur Abschaltung des Antriebs auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß die Positions-Angabevorrichtung (10) ein periodisches, von der Stellung des bewegbaren Elements abhängiges Signal erzeugt, dessen Signalmaxima und/oder -minima als virtuelle Referenzpunkte erfaßt werden, daß die Lage der End- bzw. Haltestellungen durch jeweils einen virtuellen Referenzpunkt sowie den Absolutwert der Signalspannung an der End- bzw. Haltestellung definiert wird und daß die Anzahl der zwischen zwei End- bzw. Haltestellungen liegenden virtuellen Referenz­ punkte sowie die den End- bzw. Haltestellungen zugeordneten Absolutwerte der Signalspannung in der Speichervorrichtung gespeichert werden.
2. Vorrichtung zur Steuerung eines motorischen Antriebes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das periodische Signal durch ein Drehpotentiometer (10) ohne Anschlag mit geschlossenem Widerstandsring (13) erzeugt wird.
3. Vorrichtung zur Steuerung eines motorischen Antriebes nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer (10) eine lineare Kennlinie aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse des Drehpotentiometers (10) bei 0° und 180° liegen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehpotentiometer (10) über ein Zahnradgetriebe angetrieben ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehpotentiometer (10) über einen Riementrieb angetrieben ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnradgetriebe eine Übersetzung von etwa 1 : 3 aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Riementrieb eine Übersetzung von etwa 1 : 3 aufweist.
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