DE19918414A1

DE19918414A1 - Antriebseinheit für ein Tor

Info

Publication number: DE19918414A1
Application number: DE19918414A
Authority: DE
Inventors: Lothar Ginzel; Ulrich Theile
Original assignee: Dorma Deutschland GmbH
Current assignee: Novoferm Tormatic GmbH
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2019-04-24
Also published as: EP1046775B1; DE19918414B4; EP1046775A3; DE19918414C5; ATE482419T1; EP1046775A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Tor mit einem elektromechanischen Antriebsmotor, mit einem Getriebe, wobei mittels dessen Abtriebsachse das Tor bewegbar ist, mit einer Positionserfassungseinrichtung, bestehend aus einer elektronischen Steuerungseinheit und aus einem Informationsgeber mit gleichmäßiger Impulsfolge pro Umdrehung, der mit der Abtriebsachse und der elektronischen Steuerungseinheit zusammenwirkt. Um eine komfortable Steuerung zu schaffen, die universell in verschiedensten Tortypen einsetzbar ist, wird pro Umdrehung eines Informationsträgers des Informationsgebers ein in der zeitlichen Länge veränderter Impuls erfaßt und ist in der elektronischen Steuerungseinheit nicht flüchtig speicherbar und weiterverarbeitbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Tor gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruches 1. Bei derartigen Antriebseinheiten wird ein elektromechanischer Antriebsmotor mit einem Getriebe und einer Steue rung verwendet. Dabei ist an der Abtriebsachse des Getriebes die An triebsvorrichtung für das Tor in Form von Ketten, Seilen oder Zahnriemen über entsprechende Antriebsräder befestigt. Derartige Tore sind mit Posi tionserfassungseinrichtungen ausgebildet, damit z. B. die Endpositionen "Tor zu" bzw. "Tor auf" erkannt werden können.

Aus der Praxis bekannte Antriebseinheiten sind mit sogenannten Inkre mentalgebern ausgerüstet, um die Position des Tores zu erfassen und die Antriebseinheit zu steuern. Steuerungstechnisch ist ein Referenzwert er forderlich, um eine eindeutige Positionserfassung zu ermöglichen. Dieser Referenzwert wird an den oben genannten Antriebsvorrichtungen ermittelt und an die Steuerung übertragen. Der Aufbau der Steuerung ist also de zentral und entsprechend aufwendig. Die Übertragungsstrecke für den Referenzwert stellt eine potentielle Fehlerquelle dar.

Darüber hinaus ist in der EP 0 500 984 B1 eine Antriebseinheit mit vier Endschaltern für einen Garagentorantrieb beschrieben. Dabei ist die aus dem Getriebe austretende Abtriebswelle mit einem Ritzel versehen, wel ches zum einen die umlaufende Kette antreibt und zum anderen so ge staltet ist, daß aufgrund einer Kegelverzahnung ein Kegelritzel der End schaltereinheit gleichzeitig mit angetrieben wird. Diese Endschaltereinheit sitzt somit neben der Abtriebswelle und besteht im wesentlichen aus einer Gewindespindel, die mit Einstellmuttern versehen ist. Festgesetzt werden die Einstellmuttern durch eine Haltemöglichkeit, so daß beim Drehen der Abtriebswelle gleichzeitig auch die Spindel verdreht wird und somit die Einstellmuttern entlang der Gewindespindel geführt werden und aufgrund der gewählten Position mit den Endschaltern den entsprechenden Kontakt auslösen können.

Eine weitere Endschaltereinheit ist der DE 41 06 149 A1 zu entnehmen. Diese Endschaltereinheit besteht im wesentlichen auch aus einer Gewin despindel auf der sich entsprechend veränderliche Einstellmuttern befin den. An der Gewindespindel ist darüber hinaus eine winkelförmig ange ordnete Kegelrad-Antriebsvorrichtung vorhanden, die über eine separate Welle dann mit der Abtriebsachse des Getriebes über Zahnräder mitein ander verbunden ist.

Die Positionsbestimmung des Tores erfolgt in beiden Veröffentlichungen ausschließlich an einigen exakt definierten Stellen, vorzugsweise in der jeweiligen Endposition, über die Endschalter, aufgrund dessen die An triebseinheit automatisch an- oder abgeschaltet wird. Steuerungstech nisch werden also nur diese Informationen beziehungsweise Positionen des Tores an eine elektronische Steuerungseinheit weitergegeben und dort verwertet. Zwischenpositionen können weder detektiert noch kontrol liert werden, so daß keine Möglichkeit gegeben ist, den Bewegungsablauf des Tores zu beeinflussen. Die Lage der Endschalter kann nur manuell variiert werden, z. B. während der Erstmontage oder während eines Wartungsintervalles.

Alle vorbeschriebenen Systeme haben also hinsichtlich einer kontinuierli chen Positionserfassung Nachteile. Darüber hinaus entstehen durch die Verwendung mechanischer Systeme große herstellungs- und funktions technisch entsprechend aufwendig Systeme, die im Rahmen das ständi gen Bestrebens nach hohen Packungsdichten unvorteilhaft sind. Des weiteren ist die universelle Verwendbarkeit mechanischer Bauteile durch deren physikalische Grenzen erheblich eingeschränkt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebseinheit zu schaf fen, die eine komfortable Steuerung aufweist, die universell in verschie densten Tortypen einsetzbar ist. Darüber hinaus soll der fertigungs- und montagetechnisch Aufwand verringert und die Abmessungen minimiert werden.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Patent anspruches 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Patentanspruches 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Gegenstand des Patentanspruches 1 weist den Vorteil auf, daß der Bewegungsablauf eines Tores vollständig detektierbar ist und die Daten in einer Positionserfassungseinrichtung zentral erfaßt und weiter verarbei tet werden können. Mit den Daten können verschiedene Parameter kon trolliert und beeinflußt werden. Es ist jederzeit möglich, die absolute Posi tion zu ermitteln und die Geschwindigkeit des Tores zu beeinflussen.

Darüber hinaus kann die Drehrichtung detektiert werden. Anhand dieser Parameter kann die Steuerung des Tores komplexer ausgestaltet und unter sicherheitsrelevanten Aspekten verbessert werden. Die erfaßten Daten können zur Realisierung von Komfortfunktionen verwandt werden. Durch die Positionserfassung ist auch bei einer kurzzeitigen Störung oder Unterbrechung das ablaufgerechte Einsetzen bzw. Fortsetzen eines Be wegungszyklus gewährleistet. Bisherige Lösungen sind kompliziert und hinsichtlich der Steuerung mit aufwendigen mechanischen Systemen rea lisiert. Darüber hinaus braucht die Endabschaltung der Tore nicht mehr mechanisch justiert werden, sondern kann über die elektronische Steue rungseinheit der Positionserfassungseinrichtung programmiert werden. Andere Parameter und Funktionen (Öffnungsgeschwindigkeit, Öffnungs zeit, Schließgeschwindigkeit, Schließzeit) werden durch die Verarbeitung der Daten in einem Mikroprozessor der elektronischen Steuerungsein heit vereinfacht. Insbesondere die Erfassung von Parametern und die be wegungstechnische Umsetzung entsprechender Funktionen kann mit ge ringem Aufwand realisiert werden. Die bisherigen Endschalter entfallen.

Die Positionserfassungseinrichtung setzt sich aus einem Informationsge ber und der elektronischen Steuerungseinheit zusammen. Der Informati onsgeber besteht aus einem Abtastsystem, das in der elektronischen Steuerungseinheit angeordnet ist, und aus einem Informationsträger, der zentrisch an der Abtriebsachse befestigt ist. Über den Umfang des Infor mationsträgers sind gleiche Informationsinhalte in gleichmäßigen Abstän den ausgebildet, wobei entweder durch einen ungleichmäßigen Informati onsinhalt oder durch einen ungleichmäßigen Abstand eine eindeutige Er kennung einer vollständigen Umdrehung des Informationsträgers möglich ist. Diese "Fehlstelle" stellt eine Diskontinuität dar, die in beiden Drehrich tungen zählbar ist. Das Funktionsprinzip der Positionserfassungseinrich tung beruht darauf, daß pro Umdrehung des Informationsträgers ein in der zeitlichen Länge veränderter Impuls entsteht. Die Ermittlung der Drehzahl erfolgt über die jeweilige gültige Flanke in Abhängigkeit von der Drehrich tung. Innerhalb einer festgelegten Toleranz der Drehzahl wird der zeitlich veränderte Impuls durch ein Filter erfaßt. Ist dieser Impuls erfaßt worden, wird die aktuelle Position kontrolliert und ggfs. korrigiert. Durch zyklisches Abspeichern der Position aber mindestens einmal pro Umdrehung, in ei nem nicht flüchtigen Speicher ist die genaue Position auch nach einem Stromausfall wieder zu erfassen. Beim ersten Anlaufen wird die genaue Position durch eine Lernfahrt ermittelt.

Der Informationsgeber kann durch einen Inkrementalgeber gebildet wer den, der aus einer Lichtschranke, die in der elektronischen Steuerungs einheit angeordnet ist, und aus einem Informationsträger, der zentrisch an der Abtriebsachse befestigt ist, besteht. Der Inkrementalgeber ist in die elektronische Steuerungseinheit integriert, wobei die Abtriebsachse die elektronische Steuerungseinheit senkrecht durchdringt. Die Abtriebs achse ist beidseitig aus dem Getriebe geführt. Die elektronische Steue rungseinheit einschließlich des Inkrementalgebers ist als auswechselba res Modul an der einer Seite der Abtriebsachse angeordnet, während auf der anderen Seite der Abtriebsachse die Antriebsvorrichtung für das Tor angekoppelt ist.

Der Informationsträger kann in verschiedenen Formen ausgeführt sein, wobei scheibenförmige, kranzförmige oder topfförmige Ausführungsfor men, die zentrisch an der Abtriebsachse befestigt ist, zu bevorzugen sind. Am Umfang dieses Informationsträgers sind Informationsinhalte in Form vorstehender und beabstandeter Glieder verteilt, die sich z. B. abschnitts- oder segmentweise in der Ebene oder senkrecht zur Ebene des Informa tionsträgers erstrecken. Denkbar sind insbesondere Zähne, die durch Nuten beabstandet sind. Weiterhin sind auch nasenartige oder nockenar tige Vorsprünge denkbar. Grundsätzlich muß gewährleistet sein, daß durch den Informationsinhalt ein detektierbares Signal in einem Abtast system, z. B. einer Lichtschranke, hervorgerufen wird.

Der Informationsträger ist als separates Bauelement vorzugsweise in Form eines Kranzes drehfest an der Abtriebsachse angeordnet. Insbe sondere die Ausbildung als separates Bauelement ermöglicht den einfa chen Austausch eines beispielsweise defekten oder anders dimensionier ten Informationsträgers. Der einfache Aufbau der Positionserfassungsein richtung verringert die Anzahl der Bauteile und dadurch den Fertigungs- und Montageaufwand. Desweiteren ist die Positionserfassungseinrichtung aufgrund weniger zusammenarbeitender Bauteile robust und unempfind lich gegenüber Funktionsstörungen. Die zur Steuerung der Antriebsein heit notwendigen Bauteile sind zentral angeordnet und somit einfach zu gänglich. Der Informationsträger ist lösbar an der Abtriebsachse befestigt und kann ebenso wie die elektronische Steuerungseinheit einschließlich der Gabellichtschranke, z. B. im Rahmen von Wartungs- oder Repara turarbeiten, entfernt bzw. ausgewechselt werden.

Dieses Prinzip ist eine besonders kostengünstige Lösung für Torantriebe jedweder Art. Als Tore werden hierbei alle verfahrbaren Elemente, wie z. B. Türen, Flügel, Wände etc., verstanden, die Gebäudeöffnungen ver schließen oder Räume bzw. Bereiche zumindest teilweise unterteilen. Hauptsächlich aber nicht ausschließlich werden die Elemente in horizon taler oder vertikaler Richtung verfahren. Die erfindungsgemäße An triebseinheit eignet sich für die Verwendung in Garagentorantrieben, Schiebetürantrieben oder Schiebewandantrieben. Neben der Erfassung der Endlagen können Drehzahlregelungen, Fahrrampen und andere Funktionen mit geringfügigem Aufwand gelöst werden.

Die Erfindung wird anhand zweier schematisch dargestellter Ausfüh rungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Antriebseinheit.

Fig. 2 eine Draufsicht einer Antriebseinheit gemäß Fig. 1.

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Informationsträgers eines In formationsgebers in einer Draufsicht.

Fig. 4 eine zeitliche Darstellung einer vollständigen Umdrehung des Informationsträgers gemäß Fig. 3.

Fig. 5 eine zeitliche Darstellung einer vollständigen Umdrehung entgegen der Drehrichtung gemäß Fig. 4.

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Informationsträgers eines Informationsgebers in einer Draufsicht.

Fig. 7 eine zeitliche Darstellung einer vollständigen Umdrehung des Informationsträgers gemäß Fig. 6.

Fig. 8 eine zeitliche Darstellung einer vollständigen Umdrehung entgegen der Drehrichtung gemäß Fig. 7.

Ein Antriebsmotor 10 einer Antriebseinheit 11 z. B. für ein Garagentor (nicht dargestellt) ist mit einem Getriebe 12 in der Art verbunden, daß eine Abtriebsachse 13 des Getriebes 12 um 90° zur Rotorwelle des An triebsmotors 10 versetzt angeordnet ist. Die Abtriebsachse 13 ist beider seits aus dem Getriebe 12 geführt. Auf einer Seite des Getriebes 12 sind die nicht dargestellten Antriebsvorrichtungen angekoppelt, während sich auf der gegenüberliegenden Seite eine Positionserfassungseinrichtung bestehend aus einem als Inkrementalgeber ausgeführten Informationsge ber 17 und einer elektronischen Steuerungseinheit 14 befindet. Die Ab triebsachse 13 durchdringt dabei die elektronische Steuerungseinheit 14.

Am diesseitigen Ende der Abtriebsachse 13 ist ein Informationsträger 15 angeordnet, der zusammen mit einem auf der elektronischen Steue rungseinheit 14 befindlichen Abtastsystem 16 den Informationsgeber 17 bildet. Das Abtastsystem ist in Form einer Gabellichtschranke 16 aus gebildet und mit nicht näher dargestellten Bauelementen auf der elektro nischen Steuerungseinheit 14 leitend verbunden. Der Informationsträger ist als topfförmiger Zahnkranz 15 ausgebildet und drehfest auf der Ab triebsachse 13 befestigt. Der Zahnkranz 15 weist Informationsinhalte auf, die in der Fig. 1 als nach unten abgewinkelte Zähnen 1-8 ausgebildet sind, die sich bei Drehung der Abtriebsachse 13 durch Schenkel 18 der Gabellichtschranke 16 bewegen. Der Zahnkranz 15 weist mehrere gleichmäßig beabstandete und gleichförmig ausgebildete Zähne 2-8 und einen ungleichmäßig beabstandeten und ungleichmäßig ausgebildeten Zahn 1 auf.

Die zur Steuerung der Antriebseinheit 11 notwendigen Bauteile sind zen tral angeordnet und somit einfach zugänglich. Der Zahnkranz 15 ist lösbar an der Abtriebsachse 13 befestigt und kann ebenso wie die elektronische Steuerungseinheit 14 einschließlich der Gabellichtschranke 16, z. B. im Rahmen von Wartungs- oder Reparaturarbeiten, entfernt bzw. ausge wechselt werden.

In den Fig. 3 und 6 sind Ausführungsbeispiele von scheibenförmigen Zahnkränzen 15 gezeigt, wobei sich deren Zähne 1-8 in der Ebene des Zahnkranzes 15 erstrecken. Der Zahnkranz 15 gemäß Fig. 3 weist Zähne 2-8 auf, die gleich ausgebildet sind und mit gleichem Abstand voneinander beabstandet sind. Der Zahn 1 ist größer dimensioniert und weist zum Zahn 2 einen kleineren Abstand auf. Durch diese Unregelmä ßigkeit wird ein auswertbarer Impuls zur Positionserkennung an die Ga bellichtschranke 16 gesandt, der von der elektronischen Steuerungsein heit 14 weiterverarbeitet wird. Ein zeitlicher Ablauf t einer Umdrehung des Zahnkranzes 15 gemäß Fig. 3 ist in den Fig. 4 und 5 für die beiden Drehrichtungen 20,30 dargestellt.

Der Zahnkranz 15 gemäß Fig. 6 weist Zähne 2-8 auf, die gleich ausge bildet sind und mit gleichem Abstand voneinander beabstandet sind. Der Zahn 1 ist in zwei kleinere Segmente unterteilt und weist zum Zahn 2 ei nen kleineren Abstand auf. Durch diese Unregelmäßigkeit wird ebenfalls ein auswertbarer Impuls zur Positionserkennung an die Gabellicht schranke 16 gesandt, der von der elektronischen Steuerungseinheit 14 weiterverarbeitet wird. Der zeitliche Ablauf t einer Umdrehung des Zahn kranzes 15 gemäß Fig. 6 ist in den Fig. 7 und 8 für die beiden Dreh richtungen 20, 30 dargestellt.

Nachstehend wird die Funktionsweise der Antriebseinheit 11 mit der Po sitionserfassungseinrichtung erläutert. Das Garagentor läßt sich durch Betätigung eines Schalters öffnen. Beim motorischen Öffnungsvorgang wird der Antriebsmotor 10 aktiviert, so daß das Getriebe 12 die Abtriebs achse 13 in Drehung versetzt. Während des Öffnungsvorganges regi striert die Positionserfassungseinrichtung ständig die Position des Gara gentores und schaltet beim Erreichen einer definierten Öffnungsposition über die elektronische Steuerungseinheit 14 den Antriebsmotor 10 ab. Die Öffnungsgeschwindigkeit und die Öffnungszeit lassen sich durch Verar beitung der von der Positionserfassungseinrichtung gelieferten Daten bestimmen und durch Programmierung der elektronischen Steuerungs einheit 14 einstellen. Die elektronische Steuerungseinheit 14 wirkt dann entsprechend auf die Antriebseinheit 11. Der Schließvorgang erfolgt durch Aktivierung der Antriebseinheit 11 in umgekehrter Richtung. Dabei lassen sich die Schließgeschwindigkeit und die Schließzeit ebenfalls durch Verarbeitung der von der Positionserfassungseinrichtung geliefer ten Daten bestimmen und einstellen. Durch die exakte Positionsbestim mung, das heißt durch Zählen und Speichern der Impulse, ist auch bei einer kurzzeitigen Störung des Bewegungsablaufes das ablaufgerechte Wiedereinsetzen bzw. Fortsetzen eines Bewegungszyklusses gewährlei stet.

Das Funktionsprinzip der Positionserfassung beruht darauf, daß pro Um drehung des Informationsträgers 15 ein in der zeitlichen Länge veränder ter Impuls entsteht. Dieser Impuls wird durch die beispielweise in den Fig. 3 und 6 dargestellten unregelmäßigen Abstände bzw. Zähne 1 des Zahnkranzes 15 erzeugt und gezählt. Die Ermittlung der Drehzahl erfolgt über die jeweilige gültige Flanke in Abhängigkeit von der Drehrichtung. Innerhalb einer festgelegten Toleranz der Drehzahl wird der zeitlich ver änderte Impuls durch ein Filter erfaßt. Ist dieser Impuls erfaßt worden, wird die aktuelle Position kontrolliert und ggfs. korrigiert. Durch zyklisches Abspeichern der Position aber mindestens einmal pro Umdrehung, in ei nem nicht flüchtigen Speicher ist die genaue Position auch nach einem Stromausfall wieder zu erfassen. Beim ersten Anlaufen wird die genaue Position durch eine Lernfahrt ermittelt.

Bezugszeichen

1

ungleichmäßiger Informationsinhalt, Zahn

2-8

gleichmäßiger Informationsinhalt, Zahn

10

Antriebsmotor

11

Antriebseinheit

12

Getriebe

13

Abtriebsachse

14

elektronische Steuerungseinheit

15

Informationsträger, Zahnkranz

16

Abtastsystem, Gabellichtschranke

17

Informationsträger, Inkrementalgeber

18

Schenkel

20

Drehrichtung

30

Drehrichtung
t Zeit

Claims

1. Antriebseinheit für ein Tor mit einem elektromechanischen An triebsmotor (10), mit einem Getriebe (12), wobei mittels dessen Abtriebsachse (13) das Tor bewegbar ist, mit einer Positionser fassungseinrichtung bestehend aus einer elektronischen Steue rungseinheit (14) und einem Informationsgeber (17) mit gleich mäßiger Impulsfolge pro Umdrehung, der mit der Abtriebsachse (13) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß pro Umdre hung eines Informationsträgers (15) des Informationsgebers (17) ein in der zeitlichen Länge veränderter Impuls erfaßt wird und in der elektronischen Steuerungseinheit (14) nicht flüchtig speicher bar und weiterverarbeitbar ist.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Abtriebsachse (13) einen zentrisch angeordneten Infor mationsträger (15) ausgebildet ist, an dessen Umfang beabstan dete Informationsinhalte (2-8) abgelegt sind, wobei mindestens ein ungleichmäßig beabstandeter Informationsinhalt (1) und/oder mindestens ein ungleichmäßig ausgebildeter Informationsinhalt (1) vorhanden ist und daß die elektronische Steuerungseinheit (14) ein Abtastsystem (16) aufweist, das mit dem Informationsträ ger (15) zusammenwirkt.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationsinhalte (1-8) vom Informationsträger (15) ab stehend und/oder abgewinkelt abgelegt sind.

4. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Informationsträger (15) ein Zahnkranz ist.

5. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß das Abtastsystem (16) eine Gabellicht schranke ist, durch dessen Schenkel (18) die Informationsinhalte (1-8) des Informationsträgers (15) bewegbar sind.

6. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Informationsgeber (17) aus dem Informati onsträger (15) und dem Abtastsystem (16) besteht, und mit der elektronischen Steuerungseinheit (14) ein austauschbares Modul bildet.

7. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß der Informationsträger (15) drehfest an der Abtriebsachse (13) angeordnet ist.

8. Antriebseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Informationsträger (15) lösbar und auswechselbar an der Ab triebsachse (13) befestigt ist.