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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Torantrieb mit elektrisch betriebenen
Komponenten, welche über einen Netzanschluß mit
elektrischer Energie versorgt werden. Üblicherweise weist
der Torantrieb dabei eine elektronische Steuerung sowie einen elektrischen
Antriebsmotor auf, welche zu ihrem Betrieb elektrische Energie benötigen.
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Der
Antrieb und dessen Steuerung sind bei bekannten Antrieben üblicherweise
permanent mit dem Stromnetz verbunden, so dass ständig
Leistung aufgenommen wird. Insbesondere wenn ein Transformator zum
Einsatz kommt, um sowohl den Elektromotor als auch die Steuerung
mit elektrischer Energie zu versorgen, ist dieser jedoch auf die
Leistungsaufnahme während der Betriebszeiten des Elektromotors
ausgelegt. Wird der Elektromotor nicht betrieben, wird damit häufig
Energie verschwendet.
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Die
aktiven Betriebszeiten von Torantrieben, d. h. die Betriebszeiten
des Elektromotors des Antriebs, betragen aber fast immer nur wenige
Minuten, wobei ein Öffnungszyklus häufig auch
nur zwanzig Sekunden benötigt. Während der übrigen
inaktiven Betriebszeiten wird dagegen lediglich elektrische Energie
für die Steue rung benötigt, während der
erheblich größere Energieverbrauch für
den Antriebsmotor wegfällt.
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Zur
Reduzierung der Energieverluste während der inaktiven Betriebsphasen
werden häufig zwei Transformatoren, einer für
den inaktiven Modus und ein zweiter zuschaltbarer für den
aktiven Betriebsmodus eingesetzt. Als Sonderform kann auch wie in
EP 6 256 26 beschrieben ein
besonderer Transformator mit zwei Wicklungen für die jeweiligen Betriebsarten
eingesetzt werden.
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Solche
Lösungen sind jedoch konstruktiv aufwendig und können
den Energieverbrauch während der inaktiven Betriebsphasen
dennoch nicht auf ein zufriedenstellendes Niveau senken.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Torantrieb mit reduziertem
Energieverbrauch insbesondere während der inaktiven Betriebszeiten
zur Verfügung zu stellen. Vorteilhafterweise soll dies
auf einfache und kostengünstige Weise gelöst werden.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe von einem Torantrieb gemäß Anspruch
1 gelöst. Ein solcher Torantrieb mit elektrisch betriebenen
Komponenten, welche über einen Netzanschluß mit
elektrischer Energie versorgt werden, weist erfindungsgemäß eine
Steuerung und einen elektrischen Energiespeicher auf, wobei in einem
ersten Betriebsmodus die Steuerung den Torantrieb vom Netz trennt
und der elektrische Energiespeicher die elektrische Energie bereitstellt
und in einem zweiten Betriebsmodus die Steuerung den Torantrieb
mit dem Netz verbindet. Erfindungsgemäß läßt
sich so die Leistungsaufnahme des Torantriebs nochmals erheblich
vermindern, wobei Messungen gegenüber herkömmlichen
Lösungen mit zwei Transformatoren eine Reduktion auf ein Zehntel
des üblicherweise benötigten Jahresverbrauchs
an Energie belegen.
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Durch
den integrierten Energiespeicher besteht dabei nämlich
die Möglichkeit, den Antrieb zeitweise komplett vom Stromnetz
zu trennen. Während dieser Zeit wird keine Energie aus
dem Stromnetz benötigt, da diese von dem Energiespeicher
zur Verfügung gestellt wird. Der integrierte Energiespeicher kann
dabei optimal auf den inaktiven Modus ausgelegt werden, und zwar
mit einem sehr viel besseren Wirkungsgrad als ein Netzteil.
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Weiterhin
vorteilhafterweise wird dabei der Torantrieb in Phasen, in welchen
der Antriebsmotor nicht bewegt wird, im ersten Betriebsmodus betrieben.
Der erste Betriebsmodus entspricht damit dem inaktiven Betriebsmodus
des Torantriebs, bei welchem lediglich die Steuerung mit Energie
versorgt werden muß, nicht aber der Antriebsmotor, da das Tor
nicht bewegt wird. Der in dieser Phase sehr viel kleinere Energieverbrauch
kann nun problemlos durch den elektrischen Energiespeicher bereitgestellt werden,
ohne dass der Torantrieb mit dem Netz verbunden sein müßte.
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Weiterhin
vorteilhafterweise schaltet die Steuerung in den zweiten Betriebsmodus,
wenn der Antriebsmotor bewegt wird. So kann der erheblich größere
Energieverbrauch des Antriebsmotors über den Netzanschluß bereit
gestellt wenden.
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Weiterhin
vorteilhafterweise wird der elektrische Energiespeicher dabei im
zweiten Betriebsmodus aufgeladen. Der Energiespeicher kann damit während
der Betriebszyklen des Antriebsmotors, während welchen
der Torantrieb ohnehin mit dem Netz verbunden ist, aufgeladen werden.
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Weiterhin
vorteilhafterweise weist der Torantrieb zudem eine Ladesteuerung
auf, welche unabhängig vom Betriebszustand des Antriebsmotors
in den zweiten Betriebsmodus schaltet, um den elektrischen Energiespeicher
aufzuladen. Hierdurch kann der Energiespeicher kurzfristig nachgeladen
werden, wenn die aktiven Betriebsphasen des Torantriebs für die
Ladung des Energiespeichers nicht ausreichen. Die Ladesteuerung
schaltet dann in den zweiten Betriebsmodus, in welchem der Torantrieb
mit dem Netz verbunden ist, und lädt den Energiespeicher
auf.
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Vorteilhafterweise
schaltet die Ladesteuerung dabei in Abhängigkeit vom Ladezustand
des elektrischen Energiespeichers in den zweiten Betriebsmodus.
Die Ladesteuerung umfaßt also eine Überwachung
des Ladezustands des Energiespeichers und lädt diesen nach,
wenn der Ladezustand unter einen gewissen Wert gefallen ist. Das
Laden des elektrischen Energiespeichers erfolgt damit als Funktion
des Ladezustandes.
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Alternativ
kann die Ladesteuerung auch in Abhängigkeit von der seit
dem letzten Ladezyklus verstrichenen Zeitspanne in den zweiten Betriebsmodus
schalten. Da der maximale Energiebedarf im inaktiven Betrieb bekannt
ist (worst case), läßt sich die minimale Zeitdauer
ohne Nachladen des Energiespeichers bestimmen. Wird während
dieser Zeit nicht ohnehin in den zweiten Betriebsmodus geschaltet, weil
der Antriebmotor bewegt wird, so schaltet die Ladesteuerung nach
Ablauf dieser Zeitspanne unabhängig vom Betriebszustand
des Antriebsmotors in den zweiten Betriebsmodus, um den Energiespeicher
nachzuladen. Das Laden des elektrischen Energiespeichers erfolgt
damit als Funktion der Zeit.
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Weiterhin
vorteilhafterweise weist der erfindungsgemäße
Torantrieb ein Netzteil auf, welches mit dem Netzanschluß verbunden
oder vom Netzanschluß getrennt wird, um von einem Betriebsmodus in
den anderen Betriebsmodus zu schalten. Gerade für solche
Torantriebe, bei welchen die elektrisch betriebenen Komponenten über
ein Netzteil mit elektrischer Energie versorgt werden, ergibt die
erfindungsgemäße Steuerung eine besonders große
Energieeinsparung, da das Netzteil in seinem Wirkungsgrad wesentlich
schlechter auf die inaktiven Betriebsphasen ausgelegt werden kann
als die erfindungsgemäße Steuerung mit dem elektrischen
Energiespeicher.
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Weiterhin
vorteilhafterweise kommt die erfindungsgemäße
Steuerung dabei bei einem Torantrieb zum Einsatz, welcher einen
elektrischen Antriebsmotor aufweist, der von dem Netzteil mit elektrischer
Energie versorgt wird. Das Netzteil muß bei solchen Antrieben
während der aktiven Betriebsphasen, in welchen der Antriebsmotor
bewegt wird, sehr viel elektrische Energie zur Verfügung
stellen, und in inak tiven Betriebsphasen, in welchen der Antriebsmotor
nicht bewegt wird, nur sehr wenig. Die erfindungsgemäße Steuerung
mit dem elektrischen Energiespeicher kann hier gegenüber
dem Stand der Technik eine enorme Reduktion des Energieverbrauchs
bewirken.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen
und Zeichnungen näher dargestellt.
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Dabei
zeigen
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1 eine
Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Torantriebs,
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2 ein
erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Ladungssteuerung, und
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Ladungssteuerung.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Torantriebs, bei weichem eine Steuerung 2 und ein Antriebsmotor 10 mit
elektrischer Energie versorgt werden müssen. Der Torantrieb
kann hierfür mit einer Netzversorgung 1 verbunden
werden, welche elektrische Energie zur Verfügung stellt.
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Dabei
ist ein Transformator 5 vorgesehen, welcher über
einen Schalter 4 mit der Netzversorgung 1 verbunden
bzw. von der Netzversorgung 1 getrennt werden kann. Der
Transformator 5 stellt dabei die elektrische Energie zur
Verfügung, mit welcher die Steuerung 2 und der
Antriebsmotor 10 betrieben werden. Der Transformator ist
deshalb auf die Leistungsaufnahme während der aktiven Betriebsphasen
des Torantriebs ausgelegt, während welcher der Antriebsmotor 10 das
Tor bewegt.
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Um
während inaktiver Betriebsphasen, währen welcher
der Antriebsmotor 10 nicht bewegt wird und damit die Leistungsaufnahme
des gesamten Systems erheblich niedriger liegt als die Leistungsaufnahme,
auf welche der Transformator 5 ausgelegt ist, ist ein Energiespeicher 3 vorgesehen.
Die Steuerung 2 trennt nun in inaktiven Phasen durch Ansteuerung
des Schalters 4 den Transformator 5 vom Netz, so
dass der gesamte Torantrieb von der Netzversorgung komplett getrennt
ist. Während dieses ersten Betriebsmodus wird die elektrische
Energie für die Steuerung über den Energiespeicher 3 zur
Verfügung gestellt. Als Energiespeicher kann z. B. ein
Akkumulator oder ein Kondensator verwendet werden kann.
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Die
Steuerung 2 kann nun von diesem ersten Betriebsmodus in
einen zweiten Betriebsmodus schalten, indem sie den Schalter 4 schließt
und so den Transformator 5 mit der Netzversorgung 1 verbindet.
Insbesondere schaltet die Steuerung 2 in diesen zweiten
Betriebsmodus, wenn der Antriebsmotor 10 bewegt werden
soll, um die dann erheblich höhere Leistungsaufnahme über
die Netzversorgung 1 zur Verfügung zu stellen.
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Der
Energiespeicher 3 ist dagegen auf den inaktiven Betrieb
ausgelegt, während welchem der Antriebsmotor 10 nicht
bewegt wird, so dass nur die Steuerung 2 mit Energie versorgt
werden muß. Während des ersten Betriebsmodus wird
damit die elektrische Energie vom Energiespeicher bereitgestellt, welcher
sich hierdurch entlädt. Schaltet die Steuerung dagegen
in den zweiten Betriebsmodus, weil das Tor durch den Antriebsmotor 10 bewegt
werden soll, wird gleichzeitig der Energiespeicher 3 über
die von der Netzversorgung 1 zur Verfügung gestellte elektrische
Energie aufgeladen.
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Die
erfindungsgemäße Steuerung 2 weist weiterhin
eine Ladesteuerung auf, welche unabhängig vom Betriebszustand
des Antriebsmotors 10 in den zweiten Betriebsmodus schaltet,
um den elektrischen Energiespeicher aufzuladen. Hierdurch wird sichergestellt,
dass der Energiespeicher auch dann geladen wird, wenn der Antriebsmotor 10 über
lange Betriebszeiten nicht bewegt wird.
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In 2 und 3 sind
ein erstes und ein zweites Ausführungsbeispiel einer solchen
Ladesteuerung gezeigt, bei welcher die Ladung als Funktion des Ladezustands
bzw. der Zeit erfolgt. Die Grafik zeigt dabei den Ladezustand des
elektrischen Energiespeichers 3, welcher z. B. anhand der
vom Energiespeicher zur Verfügung gestellten Spannung bestimmt
werden kann, in Abhängigkeit von der Zeit. Unterhalb des
Diagramms ist zudem angezeigt, ob der Torantrieb mit der Netzversorgung
verbunden ist oder nicht, d. h. ob der Torantrieb in dem ersten
Betriebsmodus 6 ist, in welchem der Antrieb von der Netzversorgung
getrennt ist und die elektrische Energie vom elektrischen Energiespeicher
zur Verfügung gestellt wird, oder im zweiten Betriebsmodus 7,
während welchem der Torantrieb mit der Netzversorgung 1 verbunden
ist.
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Bei
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der
Ladesteuerung erfolgt dabei die Ladung als Funktion des Ladezustands.
Fällt die Ladung des Energiespeichers unter eine Einschaltschwelle, schaltet
die Ladesteuerung automatisch aus dem ersten Betriebsmodus 6 in
den zweiten Betriebsmodus 7, indem sie den erfindungsgemäßen
Torantrieb mit dem Netz verbindet. Hierdurch wird der elektrische
Energiespeicher über die Netzversorgung 1 aufgeladen.
Ist der elektrische Energiespeicher geladen, schaltet die Ladesteuerung
wieder zurück in den ersten Betriebsmodus und trennt den
erfindungsgemäßen Torantrieb von der Netzversorgung,
so dass die elektrische Energie wieder vom elektrischen Energiespeicher
zur Verfügung gestellt wird, welcher sich hierdurch wieder
entlädt. Typische Ladezyklen bestehen damit aus einer langen
Betriebszeit im ersten Betriebsmodus 6, an welche sich
eine kurze Betriebszeit im zweiten Betriebsmodus 7 anschließt. Schaltet
die Steuerung unabhängig von der eigentlichen Ladesteuerung
in den zweiten Betriebsmodus, da der Antriebsmotor 10 bewegt
werden soll, wird der Energiespeicher ebenfalls geladen, so dass
hierdurch ein neuer Zyklus beginnt.
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3 zeigt
nun eine alternative Ausführung der erfindungsgemäßen
Ladesteuerung, bei welcher die Ladung als Funktion der Zeit erfolgt.
Da der maximale Energiebedarf im inaktiven Modus bekannt ist, läßt
sich die minimale Zeitdauer ohne Nachladen des Energiespeichers
bestimmen. Wird während dieser Zeit der zweite Betriebsmodus,
in welchem der Energiespeicher nachgeladen wird, nicht ohnehin aufgrund
eines Betriebs des Antriebsmotors 10 aktiviert, so schaltet
die Ladesteuerung zum Nachladen in den zweiten Betriebsmodus. Auch
hierdurch kann sichergestellt werden, dass die vom Energiespeicher zur
Verfügung gestellte Systemspannung eine minimal zulässige
Systemspannung nicht unterschreitet.
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Durch
die komplette Trennung des erfindungsgemäßen Torantriebs
vom Stromnetz während eines Großteils der Betriebszeit
läßt sich dabei die Leistungsaufnahme des erfindungsgemäßen
Torantriebs über den Zeitraum eines Jahres betrachtet auf ca.
ein Zehntel der üblicherweise benötigten Energiemenge
reduzieren. Hierdurch ergibt sich eine erhebliche Energiekostenersparnis
und ein verbesserter Umweltschutz.
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Der
integrierte Energiespeicher der vorliegenden Erfindung kann dabei
in seinem Wirkungsgrad optimal auf den inaktiven Modus ausgelegt
werden, was während der inaktiven Betriebszeiten sehr viel
effizienter ist als die Energieversorgung durch ein Netzteil. Der
Energiespeicher wird dann während der aktiven Betriebszyklen,
während welcher der Antriebsmotor 10 bewegt wird
und der erfindungsgemäße Torantrieb ohnehin mit
der Netzversorgung verbunden ist, geladen. Reicht dies nicht aus,
da der Torantrieb nicht oft genug aktiviert wird, greift die erfindungsgemäße
Ladesteuerung ein, welche wenn nötig den elektrischen Energiespeicher über
die Netzversorgung nachlädt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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