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Die
Erfindung betrifft einen Linearantrieb für eine Schiebetür mit einem
Messsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
WO 00/50719 A1 beschreibt eine automatische Schiebetür, die als
Linearantrieb aus einem kombinierten Lager- und Antriebssystem besteht. Der
Aufbau besteht aus einem permanent erregten magnetischen Tragsystem,
welches symmetrisch aufgebaut ist und ortsfeste und ortsveränderliche Magnetreihen
aufweist. Die Magnetreihen sind jeweils in einer Ebene angeordnet.
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Bei
derartigen Schiebetüren
besteht zwischen einem Langstator und den an den Flügeln befestigten
Dauermagneten keine feste Verbindung, da der Flügel aufgrund der Dauermagnete
und einer in dem Stator befindlichen Eisenschiene durch Abstandshalter
in einem Schwebezustand gehalten wird. Somit ist eine Feststellung
der Flügelposition entlang
der Fahrstrecke nicht möglich,
da der Einsatz eines Inkrementalgebers nicht möglich ist.
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Einem
solchen Lagersystem gemeinsam ist, dass es nach dem Prinzip der
abstoßenden
Kraftwirkung arbeitet, welches Wirkprinzip einen stabilen Schwebezustand,
ohne aufwendige elektrische Regeleinrichtungen, ermöglicht.
Nachteilig hieran ist jedoch, dass sowohl mindestens eine ortsfeste
als auch mindestens eine ortsveränderbare
Magnetreihe vorhanden sein muss, d. h. über den gesamten Weg der zu
verfahrenden Strecke der automatisch verfahrbaren Flügel und
an dem entlang dieser Führung be weglichen
Tragschlitten für
die Tür
müssen
Magnete angeordnet sein. Ein solches System zeichnet sich aufgrund
des Wegfalls der mechanischen Reibung zum Tragen der Tür durch
extreme Leichtgängigkeit
und geräuschlose
Arbeitsweise und nahezu verschleiß- und wartungsfreien Betrieb
aus.
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Es
gibt Positions-Messsysteme auf dem Markt, welche fast alle nach
dem gleichen Prinzip arbeiten, dass innerhalb eines Sensors Umdrehungen auf
einer Codierscheibe oder Striche von einem Codeband abgetastet und über eine
Recheneinheit auf die Position umgeformt werden. Hierbei wird allgemein
ein von einem Nullpunkt gefahrener Weg anhand einer von dem Sensor
abgegebenen Anzahl von Pulsen ermittelt, wodurch die Position aus
dem Nullpunkt und dem zurückgelegten
Weg, d. h. relativ zu dem Nullpunkt, bestimmt werden kann. Bei diesem
Verfahren ist jedoch nachteilig, dass die Anzahl der Pulse entweder
nicht flüchtig
zwischengespeichert werden muss oder die Position mit einem Stromausfall
verloren geht, wodurch der/die Flügel für eine neue Positionierung
erst wieder in die Nulllage, d. h. auf oder zu, gefahren werden
müssten.
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Die
DE 38 23 164 A1 beschreibt
eine Steuereinrichtung für
einen automatischen Antrieb einer Tür- oder Fensteranlage mit einem
Codestreifen, einem Abtastsystem und einem Decoder. Zur Bestimmung
der absoluten Position ist der Codestreifen mit mehreren Spuren
Strichcodes versehen, wobei die Striche unterschiedliche Breiten
und Abstände
aufweisen.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Linearantrieb
für Schiebetüren mit
einem Messsystem zur Bestimmung einer Position der sich entlang
einer Schiene verfahrbaren Flügel
zu schaffen, bei dem die zuvor beschriebenen Nachteile nicht auftreten.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Messsystem mit den im Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Messsystem
ist demnach mit einem sich in oder an einer Schiene oder des Langstators
befindlichen und sich über
dessen gesamte Länge
erstreckende Codeband, das eine absolute Position anzeigt, einem
in oder an dem Flügel
angeordneten optischen Abtastsystem, welches das Codeband abtastet,
und einem Decoder ausgestattet, der auf Grundlage eines von dem
optischen Abtastsystem ausgegebenen Signales eine absolute Position
des Flügels
bestimmt. Hierdurch wird eine besondere Flexibilität geschaffen,
da jede Stellung eines einzelnen Flügels jederzeit ermittelt werden
kann, ohne eine Nullpunkt-Indizierung vornehmen zu müssen oder
neben dem Messsystem andere mechanische Hilfsmittel vorzusehen.
Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass das Codeband nicht
lediglich Striche in einem bestimmten Abstand aufweist, die bei
dem Verfahren der Flügel
zu von dem Sensor abgegebenen Pulsen führen, sondern eine absolute
Position anzeigt, die auch nach einem Stromausfall direkt abgelesen
und ausgewertet werden kann.
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Erfindungsgemäß ist der
Decoder vorzugsweise in oder an dem Flügel angeordnet. Diese zu der
alternativen Ausführungsform
der Anordnung des Decoders in einem stationär, z. B. in einem Steuergerät, angeordneten
Decoder hat den Vorteil, dass die von dem Sensor ausgegebenen Signale
nicht z. B. über
die Schiene (Stator), entlang der sich der Flügel bewegt, übertragen
werden müssen,
sondern eine Auswertung des an oder in dem sich bewegenden Flügel erzeugten
Sensorsignales direkt an oder in dem Flügel erfolgen kann. Jetzt ist
lediglich eine Übertragung
der ausgewerteten absoluten Position an eine stationäre Steuerung
erforderlich, die jedoch aufgrund des einfacheren Signales in Bezug
auf das Sensorausgangssignal auch einfacher übermittelt werden kann.
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Das
Codeband besteht vorzugsweise aus einem selbstklebenden Streifen.
Hierdurch kann das erfindungsgemäße Messsystem
in einer besonders einfachen Weise installiert oder bei bestehenden Systemen
nachgerüstet
werden. Das optische Abtastsystem kann hierfür vorzugsweise zusammen mit dem
Decoder als Baueinheit an dem Flügel
befestigt und über
den Flügel
mit Strom versorgt werden. Die von dem Decoder ausgegebenen Signale
können dann
z. B. moduliert auf der Stromleitung oder über eine zusätzliche
Datenschiene an die stationäre Steuerung übermittelt
werden und das ansonsten schwierig zu montierende und zu justierende
Codeband kann einfach entlang der Schiene oder auf die Schiene (Stator)
aufgeklebt werden.
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Nach
der Erfindung erstreckt sich das Codeband vorzugsweise über die
gesamte Länge
der Schiene. Hierdurch sind nicht nur bestimmte Bereiche der Schiene,
sondern der gesamte Verfahrweg der Flügel hinsichtlich ihrer absoluten
Position erfassbar.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
enthält
das Codeband fortlaufende Zeichen oder Zeichenkombinationen. In
dieser Ausführungsform
ist eine durch das Codeband angezeigte absolute Position auch für Menschen
ohne weitere Hilfsmittel leicht eindeutig identifizierbar. Weiter
vorzugsweise wiederholen sich die Zeichen oder Zeichenkombinationen über die
Länge des
Codebandes nicht, damit von dem Codeband eine absolute Position
eindeutig und ohne Auswertung mehrerer Zeichen oder Zeichenkombinationen
angezeigt wird. Dieses bedeutet, dass die Zeichen oder Zeichenkombinationen
nur einmal über
die gesamte Länge
der Schiene vorhanden sind.
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Das
erfindungsgemäße Messsystem
kann als optisches Abtastsystem eine CCD-Kamera umfassen. Durch
diese CCD-Kamera kann insbesondere eine in der zuvor beschriebenen
ersten bevorzugten Ausführungsform
auf dem Codeband fortlaufende Zeichenkombination leicht erfasst
und durch eine entsprechende Verarbeitung ausgewertet werden. Hier
ist es z. B. auch denkbar, dass das Codeband aus einem selbstklebenden
Maßband
besteht, das über
eine Bilderfassung mittels der CCD-Kamera ausgewertet wird.
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Erfindungsgemäß ist auf
dem Codeband vorzugsweise wenigstens ein Justierstreifen vorgesehen.
Durch einen solchen Justierstreifen können auf dem Codeband vorgesehene
fortlaufende Zeichen oder Zeichenkombinationen oder andere die absolute
Position anzeigende Elemente leichter identifiziert werden, da deren
relative Position zu dem Justierstreifen bekannt ist.
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In
einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung weist
das Codeband einen Binärcode
auf, der weiter vorzugsweise ein Gray-Code ist. Der Binärcode ist
vorzugsweise aus dunklen Streifen auf hellem Grund bzw. nicht reflektierenden Streifen
auf reflektierendem Grund aufgebaut. Vorteilig an einem solchen
Code ist, dass sich pro fortschreitendem Positionswert z. B. nur
1 Bit ändern braucht
und dass ein solcher Code in der automatisierten Auswertung allgemein
einfacher und fehlerunanfälliger
ist, als für
Menschen ohne weitere Hilfsmittel leicht eindeutig identifizierbare
Zeichen oder Zeichenkombinationen.
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In
dieser Ausführungsform
der Erfindung besteht der Binärcode
vorzugsweise aus einem Balken einer bestimmten Punktbreite, der
weiter vorzugsweise zwischen zwei Justierstreifen angeordnet ist.
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Weiter
umfasst das optische Abtastsystem in dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform
vorzugsweise einen Zeilensensor und weiter vorzugs weise eine Beleuchtungsquelle
zur Beleuchtung des Codebandes. Hierdurch kann erfindungsgemäß ein optischer
Lowcost-Linearsensor verwendet werden, der pro Aufnahme z. B. einen
senkrechten Balken mit z. B. 100 Pixeln einliest und diese Daten
an einen Prozessor weitergibt, der daraus die Position ermittelt.
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Eine
automatische Schiebetür,
die auch als Bogenschiebetür
ausgeführt
sein kann, nach der Erfindung mit mindestens einem sich entlang
einer Schiene bewegenden Flügel
weist ein erfindungsgemäßes Messsystem
in oder an jedem Flügel
auf. Ein erfindungsgemäßer Flügel einer
Schiebetür
mit entlang einer Schiene bewegenden Flügeln weist ein Messsystem nach
der Erfindung auf.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
einen Ausschnitt eines Linearantriebes,
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2:
eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Messsystemes, welches in
einen erfindungsgemäßen Flügel integriert
ist und
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3:
eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Messsystemes, das einen
Binärcode abtastet.
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Eine
beispielhafte Ausführung
eines Linearantriebes wird in der 1 wiedergegeben.
Eine an einem Tragschlitten 1 befestigte Magnetreihe 18 wird durch
eine an dem Tragschlitten 1 vorgesehene Abstandshaltung
in horizontaler Richtung zentriert und innerhalb eines Langstators 16 zwangsgeführt. Dabei
befinden sich vorzugsweise zu beiden Seiten der Magnetreihe 18 Elektromagnete 17,
die nacheinander bestromt werden. An dem Tragschlitten 1 ist gleichzeitig
mindestens ein verschiebbarer Flügel 2 gehaltert.
Dieses können
auch mehrere Flügel
sein, insbesondere bei einer Teleskoptür. Ferner ist an dem Tragschlitten 1 ein
Abtastsystem 6 installiert. An dem Langstator 16 ist
im Inneren im Bereich des Abtastsystemes 6 ein Codeband 5 befestigt,
das parallel zur Tragschiene 1 verläuft. Der Langstator 16 wird durch
eine Steuerung 8 bestromt.
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Bei
dem Linearantrieb kann es sich, wie beim Stand der Technik, um ein
kombiniertes Trag- und Fahrsystem oder nur um ein Fahrsystem handeln. Bei
derartigen Systemen ist kein fester Kontakt zwischen den verschiebbaren
Flügeln 2 und
dem Langstator 16 gegeben, so dass auch z. B. mit einem Inkrementalgeber
nicht die genaue Position des Flügels 2 ermittelt
werden kann. Dieses ist aber von Bedeutung, wenn nur bestimmte Öffnungsweiten des/der
Flügels) 2 angefahren
werden sollen. Ferner sollte die genaue Position des Flügels 2 nach
einem Stromausfall bekannt sein. Ein Linearantrieb mit dem nachfolgend
beschriebenen Ausführungsbeispiel
einer Schiebetür
braucht keine Lernfahrt nach einem Stromausfall durchführen, da
aufgrund des Messsystemes eine absolute Position jederzeit entlang
der Schiene bestimmt werden kann.
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Die 2 zeigt
einen Teil des prinzipiell in 1 dargestellten
Linearantriebes in einer schematischen vergrößerten Ansicht. Es ist zu erkennen, dass
parallel zu dem Flügel 2 das
Codeband 5 innerhalb des Langstators 16 verläuft, welches
von dem Abtastsystem 6 an dem Flügel 2 abgetastet wird.
Das Abtastsystem 6 besteht aus einer optischen Linse 6b und
einem optischen Sensor 6a und ist zur Übertragung von Daten 15 mit
einem Decoder 7 verbunden, der z. B. ein Signalprozessor
zur Dekodierung der ab soluten Position über fest codierte Muster oder fortlaufende
Strichcode sein kann. Weiter empfängt das Abtastsystem 6 eine
Versorgungsspannung 14 von einer Spannungsversorgungs-/Datenaustauscheinheit 10,
die innerhalb des Flügels 2 angeordnet und
mit den Stromleitern verbunden ist, um über diese an die von einer
Steuereinheit 8 gegebene Versorgungsspannung 14 angeschlossen
zu werden, um mit der Steuereinheit 8 Daten 15 auszutauschen.
Der Decoder 7 erhält
seine Versorgungsspannung 14 ebenfalls von dieser Spannungsversorgungs-/Datenaustauscheinheit 10.
Der hier als Signalprozessor ausgebildete Decoder 7 ist
zum Zwecke des Datenaustausches mit der Steuerung 8 verbunden.
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Über das
optische Abtastsystem 6 wird das sich an der Laufstrecke
befindliche Codeband 5 mit Hilfe des Decoders 7 entschlüsselt und
damit die jeweilige Position des Flügels 2 eindeutig und
zu jeder beliebigen Zeit ermittelt. Das Codeband 5 besteht vorzugsweise
aus einem selbstklebenden Streifen, der fortlaufende Zeichen, wie
Zahlen und/oder Buchstaben, enthält,
und der auf der ganzen Länge
der Verfahrstrecke angebracht ist. Die Zeichenkombinationen wiederholen
sich vorzugsweise nicht. Diese Zeichen werden in einer ersten Ausführungsform während des
Verfahrens der Flügel,
z. B. des Flügels 2, über z. B.
eine CCD-Kamera aufgenommen, die den Sensor 6a des optischen
Abtastsystemes 6 bilden kann, und innerhalb des den Decoder 7 bildenden
digitalen Signalprozessors decodiert, d. h. es wird von dem digitalen
Signalprozessor die Position des Flügels 2 bestimmt.
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Die 3 zeigt
eine alternative Ausführungsform
des Codebandes 5, für
die als Sensor 6a ein Linearsensor verwendet werden kann,
der als Binärcode 5b die
ausgebildete Positionsinformation des Codebandes 5 abtastet.
Hierbei kann die Linse 6b z. B. eine Plexiglasoptik sein,
die das Code-Abbild auf
der Sensorfläche
zentriert und eine gewisse Fokussierung er reicht, die auch bei schwankendem
Abstand des zumindest den Sensor 6a und die Linse 6b tragenden
Lesekopfes zum Codeband 5 eine exakte Auswertung der Daten
ermöglicht.
Eine solche Kunststoff-Optik kann z. B. auf den Linearsensor 6a aufgeclipst
werden. Weiter ist in dieser in 3 gezeigten
Ausführungsform
der Decoder 7 direkt mit dem als Linearsensor ausgebildeten
Sensor 6a verbunden.
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Die
in 3 gezeigte zweite bevorzugte Ausführungsform
gemäss
der Erfindung ist in Bezug auf die zuvor beschriebene erste Ausführungsform, welche
eine CCD-Kamera enthält,
günstiger,
da ein hierbei verwendbarer optischer Lowcost-Linearsensor, z. B.
pro Aufnahme, einen senkrechten Balken mit z. B. 100 Pixeln einlesen
und diese Daten seriell an einen als Decoder 7 wirkenden
Prozessor weitergeben kann, der daraus die Position ermittelt.
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Das
Codeband 5 besteht dafür
aus einem Binärcode,
der z. B. mit schwarzen Streifen auf weißem Grund aufgebaut ist. Als
relativ fehlertolerant hat sich dabei der Gray-Code erwiesen, bei
dem sich pro fortschreitendem Wert nur 1 Bit ändert.
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Das
Codeband 5 wird vorzugsweise mittels einem Paar (nicht
gezeigter) IR-Dioden beleuchtet, damit jederzeit eine definierte
Lichtmenge auf den Sensor reflektiert wird. Auf beiden Seiten des
Codes, z. B. unter- und oberhalb des Codes, sind Justierstreifen 5a aufgebracht,
deren Breite und Abstand eine genaue Lokalisierung der einzelnen
Bits ermöglicht.
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Die
eingelesenen Datenworte werden von beiden Seiten her auf ihre Minimalwerte
untersucht, um die Justierstreifen 5a zu finden. Hierdurch
wird gleichzeitig der Abstand der Justierstreifen 5a als
eingelesener Pixelwert erhalten und die restlichen erfassten Pixel
können
durch die Anzahl der zur Codierung verwendeten Bits geteilt werden,
um die jeweils zu einem Bit zugehörigen Pixel zu ermitteln. Aus
den Bit-Pixeln werden die zwei oder vier mittleren gewichtet und
daraus das entsprechende Bit entschlüsselt.
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Das
Positionswort wird z. B. über
eine Datenschiene oder z. B. moduliert auf den Stromleitern an die
Steuerung 8 übermittelt.
Die Steuerung 8 kann jedem Flügel eine anzufahrende Position
mitteilen.
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Die
Flügel
können
auch in eine gewünschte Position
verfahren werden, die dann z. B. per Knopfdruck abgespeichert wird
und von der Steuerung 8 als Sonderstellung immer wieder
aufgebaut werden kann. Je nach dem Speicherplatz in der Steuerung 8 sind
somit vielseitige Gestaltungsmöglichkeiten, ohne Änderung
der Anlage, möglich.
Es ist auch denkbar, die Eingabe neuer Stellungen zu ermöglichen,
indem diese von Hand aufgebaut und über ein Bedientableau der Steuerung 8 als
Sonderstellung abgespeichert werden.
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Mit
einem solchen Messsystem können Schiebetüren aller
Bauart ausgestattet werden.
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- 1
- Tragschlitten
- 2
- Flügel
- 5
- Codeband
- 5a
- Justierstreifen
- 5b
- Binärcode auf
dem Codeband 5
- 6
- Abtastsystem
- 6a
- Sensor
des Abtastsystemes
- 6b
- Linse
des Abtastsystemes
- 7
- Decoder
- 8
- Steuerung
- 10
- Spannungsversorgungs-/Datenaustauscheinheit
eines Elementes
- 14
- Versorgungsspannung
- 15
- Daten
- 16
- Langstator
- 17
- Elektromagnet
- 18
- Dauermagnet