DE29623712U1 - Antrieb für eine Drehflügeltür - Google Patents

Description

Internes Aktenzeichen 1996059 DEG &Iacgr; * I \ ·*··| ·.··,.·

Titel: Antrieb für eine Drehflügeltür Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine Drehflügeltür, bei der die Flügelbewegungen durch einen elektrischen Antriebsmotor in Form eines Drehstrommotors in Verbindung mit einem Getriebe und einem entsprechenden Gestänge zur Anlenkung des Drehflügels erfolgen. Zur Steuerung und/oder Regelung des Antriebsmotors wird dabei ein programmierbarer menügesteuerter Frequenzumrichter verwendet, der mit einem Ablaufprogramm versehen ist.

Als Drehflügeltüren werden die Türen angesehen, die über Bänder oder Scharniere an einem Türstock oder an einer Türzarge drehgelenkig angeschlossen sind. Die Türblätter derartiger Türen sind in der Regel als Rahmentür mit Glasfüllung oder als Vollblatt ausgeführt. Eingesetzt werden diese Türen in Bereichen, wo ein ständiges Offenstehen der Tür nicht erwünscht ist. Aus diesem Grunde wird eine Drehflügeltür deshalb mit einem automatischen Antrieb ausgestattet, der über ein Sensorsignal nach oder durch Betätigung eines Tasters die Drehflügeltür aus der Schließstellung heraus bringt. Der anschließende Schließvorgang läuft ebenso wieder automatisch ab.

Der DE 42 31 984 C2 ist ein elektromechanischer Drehtürantrieb zu entnehmen, dessen angeschlossener Türflügel von einem im Öffnungssinn wirkenden elektromechanischen Motor bewegt wird. Zwischen dem Motor und dem Getriebe ist eine Kupplung geschaltet. Der Achsaustritt des Getriebes ist mit einem Ende eines Schwenkarmes eines Gestänges gekuppelt und dessen anderes Ende mit einem zweiten Schwenkarm drehgelagert, wobei dessen zweites Ende mit dem Türflügel verbunden ist. Ferner ist ein Federelement als Energiespeicher für das Zulaufen des Türflügels vorhanden. Die Türöffnungswinkel werden über einen Positionsgeber gemessen und dessen Signale in einer Motorsteuereinheit neben der Steuerung des elektromechanischen Gleichstrommotors als Antriebsmittel bzw. als Generator verarbeitet. Darüber hinaus ist eine Datenverarbeitungseinheit für einen optimalen Betrieb bei hinreichender Sicherheit für den

Benutzer im Rahmen eines Ablaufprogrammes vorhanden. Diese Datenverarbeitungseinheit arbeitet in Verbindung mit der Motorsteuereinheit beim geregelten Generatorbetrieb, d.h. beim Schließvorgang des angeschlossenen Türflügels. Dies bedeutet, daß die durch den Generatorbetrieb erzeugte Bremswirkung des Türflügels geregelt wird. Der elektromechanische Drehtürantrieb wirkt somit nur im Öffnungssinn des Drehflügels und bei dem automatischen Schließvorgang durch den Federspeicher wird ein Generatorbetrieb mit geregelter Bremswirkung aufrechterhalten.

In der US 4,727,679 wird ein Drehflügelantrieb offenbart, dessen Motor in bi-direktionalem Antrieb, d.h. beim Öffnen und auch beim Schließen der Tür den Türflügel steuert bzw. regelt. Dazu ist der Antriebsmotor über mehrere Steuerriemen und damit zusammenwirkenden Antriebsscheiben in Form eines Getriebes verbunden. Als Motor wird ein Gleichstrommotor verwendet.

Eine Karusselltür, welche durch eine Datenverarbeitungseinheit geregelt bzw. gesteuert wird, wird in der DE 42 07 705 C1 beschrieben. Dabei werden sämtliche Funktionen einschließlich der Steuerung und des Mikroprozessors intern selbst überwacht. Zum Antrieb der Karusselltür kommt ein Wechselstrommotor zur Anwendung, der durch einen Frequenzumrichter geregelt und gesteuert wird.

Bei den heute an Drehflügeltüren verwendeten Gleichstrommotoren besteht der große Nachteil, daß bei einem sehr starken Gebrauch der Türen es zwangsläufig zu hohen Laufzeiten der Gleichstrommotoren kommt, und damit ist ein enorm hoher Kollektorabbrand verbunden. Dieses führt zwangsläufig zu Ausfallzeiten der Türen und ist darüber hinaus mit Kosten für den Betreiber durch Auswechseln der Motoren verbunden. Ferner haben alle auf dem Markt befindlichen Antriebe eine Geräuschentwicklung, die es nicht zuläßt solche Antriebe auch dort einzusetzen, wo eine Geräuschentwicklung behindernd und unerwünscht ist. Dieses sind insbesondere Bereiche in öffentlichen Gebäuden, Krankenhäusern oder sakralen Bauten.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die aufgezählten Mängel des Standes der Technik zu beheben und einen Antrieb zu schaffen, der darüber hin-

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aus einen besseren Wirkungsgrad aufweist und die Herstellungskosten senkt.

Die Erfindung wird durch die Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 4 gelöst, wobei die Unteransprüche sinnvolle im Zusammenhang stehende Ausgestaltungen beinhalten. Als Antriebsmotor wird ein Drehstrommotor verwendet, der vorzugsweise für eine Netzspannung von 220 Volt ausgelegt ist. Der Drehstrommotor als Asynchronmotor mit Käfigläufer ist bei weitem der konstruktiv einfachste und damit robusteste und preiswerteste Motor. Diese Eigenschaften sichern ihm in einem weiten Leistungsbereich eine große Verbreitung. Derlei Drehstrommotoren sind gängige Handelsware und werden in hohen Stückzahlen und damit kostengünstig hergestellt. Dem Drehstrommotor angeschlossen ist ein Getriebe, wobei die Abtriebswelle des Getriebes direkt ohne Zwischenschaltung einer Kupplung mit einem Gestänge bzw. mit einem Betätigungsarm in Verbindung mit einer Gleitschiene mit der angeschlossenen Tür verbunden ist.

Um die Antriebsanforderungen des Drehstrommotors zu erfüllen, wird ein programmierter menügesteuerter Frequenzumrichter verwendet. Dieser Frequenzumrichter zeichnet sich dadurch aus, daß er für den Einsatz bei variablen Drehzahlen und auch bei einem dynamisch guten Verhalten dieses auf den Motor überträgt. Durch die Verfügbarkeit neuerer Leistungshalbleiter und auch neuerer Bauelemente der Signalverarbeitung sinken die Kosten für den erforderlichen Frequenzumrichter, so daß sich dem geregelten Drehstromantrieb vielfältige Anwendungsfelder eröffnen. So kann beispielsweise ein Asynchronmotor an einer konstanten Spannung und auch konstanten Frequenz betrieben werden. Für den Betrieb mit variabler Drehzahl empfiehlt sich der Drehzahlbereich zwischen den den Kippmomenten zugeordneten Drehzahlen, da hier die Stromaufnahme geringer ist und damit die Auslegung der erforderlichen Speiseeinrichtung günstig beeinflußt wird.

Als weiteres Verfahren bietet sich die Spannungssteuerung bei konstanter Ständerfrequenz an. Dieses Verfahren besitzt eine gewisse Bedeutung wegen der unter Umständen geringen Aufwendungen bei der Schaltungsauslegung. Hierbei kommt natürlich nur eine Absenkung der Ständer-

spannung gegenüber ihrem Nennwert in Frage, da eine Vergrößerung wegen der magnetischen Auslegung unzulässig ist. Der Nachteil ist jedoch, daß die Synchrondrehzahl unverändert bleibt, ebenso der Kippschlupf. Die Kennlinien werden mit abnehmender Spannung somit flacher und damit der Schlupf bei konstantem Drehmoment größer. Daher ist diese Art der Drehzahlverstellung mit steigenden Verlusten im Läufer verbunden und damit auf die Anwendung bei kleineren Leistungen beschränkt. Außerdem ist zu bedenken, daß bei herabgesetzter Drehzahl zugleich erhöhte Verluste und ungünstigere Kühlungsbedingungen auftreten. Daher ist im Dauerbetrieb oder bei häufigen Anfahrvorgängen der Motor evtl. entsprechend zu dimensionieren.

Um einen befriedigenden Betrieb eines Drehflügelantriebes oder einer Schiebetür zu realisieren ist es deshalb notwendig, die Speisung des Drehstrommotors aus einem Frequenzumrichter heraus vorzunehmen. Der Frequenzumrichter zeichnet sich dadurch aus, daß sowohl die Spannung als auch die Frequenz an der Ständerwicklung variabel vorgegeben werden können. Für einen solchen Fall ist deshalb ein dreiphasiger Umrichter erforderlich. Zur Erzeugung eines dreiphasigen Spannungssystems ist ein Spannungssteuerverfahren erforderlich.

Werden Ständerspannung und Frequenz vorgegeben, so ist damit der magnetische Fluß im Drehstrommotor weitgehend ebenfalls vorgegeben. Lediglich ein sehr geringer lastabhängiger Einfluß ergibt sich aus der Spannung an der Ständerstreureaktanz. Oberhalb der Nennfrequenz kann die Ständerfrequenz nur noch bei konstanter Ständerspannung erhöht werden, was daraus folgt, daß die Reduzierung des magnetischen Flusses proportional zum Kehrwert der Ständerfrequenz sich ergibt. Eine spezielle Beachtung ist der Belastung des Drehstrommotors mit erheblichen Werten des Drehmomentes bei kleinen Drehzahlen zu schenken. Abweichend vom Zusammenhang der Ständerspannung und Frequenz muß hier die Spannung angehoben werden, um den Spannungsabfall am Ständerwicklungswiderstand auszugleichen. Diese Anhebung muß bei strenger Betrachtung gemäß dem tatsächlichen Lastmoment erfolgen.

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In der Steuer/Regelungselektronik sind neben Mikroprozessoren auch Speicher vorhanden, in denen ein Ablaufprogramm enthalten ist, welches die für das Einfahren in die Endpunkte notwendige Bremsphasen des Drehflügels vorgibt. Diese Bremsrampen sind in ihrer Charakteristik programmierbar und lassen sich durch ein von außen an die gesamte Steuer/Regelungselektronik anzuschließendes Handterminal verändern. Somit erkennt auch die Steuer/Regelungselektronik bei einer ersten Fahrt aufgrund des abgespeicherten Programmes, welcher Türtyp angeschlossen ist und ermittelt gleichzeitig dabei die Öffnungsweiten, die auch vorprogrammiert werden können. Fährt ein solcher Flügel auf ein Hindernis auf, das kann bei der Öffnungs- bzw. bei der Schließbewegung der Fall sein, so wird die Bewegungsrichtung unmittelbar umgesteuert, damit eine Gefährdung der Personen ausgeschlossen wird. Ebenfalls ist über das Handterminal eine stufenlose Regelung und damit auch Vorgabe der Geis schwindigkeit des Drehflügels möglich. Durch die Verwendung entsprechender elektronischer Bausteine ist die Steuer/Regelungselektronik in der Lage busfähig zu sein, d.h. es können mehrere Türen zusammengefaßt werden und von einem Terminal aus überwacht bzw. verändert werden.

Der Drehstrommotor ist mit einem Inkrementalgeber direkt verbunden, um so eine exakte Öffnungsbestimmung des Drehflügels zu erreichen.

Um eine Drehflügeltür auch dann nutzen zu können, wenn keine Netzspannung vorhanden ist, beinhaltet der Antrieb ein Batteriepaket, welches die Notstromversorgung und damit Öffnung bzw. Schließung des Drehflügels realisiert. Dieser Hilfsstrom wird aus einer Notstromversorgung, die ständig gepuffert wird, bezogen. Um sicherzugehen, daß eine solche Einrichtung auch im Gefahrenfall einsatzbereit ist, wird in einem festzulegenden Zeitraum eine Überprüfung der Bewegung der Flügel mittels des Hilfsstromes durchgeführt. Falls die Tür sich nicht den vorgegebenen Werten gegenüber verhält, wird die Tür unmittelbar, beispielsweise im geschlossenen Zustand, abgeschaltet.

Ein Drehflügelantrieb der vorbeschriebenen Art zeichnet sich insbesondere durch einen sehr ruhigen und leisen Lauf aus, was insbesondere

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gegenüber den auf dem Markt befindlichen Antrieben eine große Bereicherung ist. Es kann für die Motor/Getriebeeinheit auf die Benutzung von Schwingmetallen verzichtet werden. Darüber hinaus ist kein Kollektorabbrand vorhanden und aufgrund der gewählten Steuerungsart über den Frequenzumrichter ist eine Energieeinsparung und damit Verbesserung des Wirkungsgrades gegeben.

So läßt sich beispielsweise ein Antrieb der vorbeschriebenen Art auch problemlos bei Pendeltüren einsetzen, da aufgrund der von Sensoren abgegebenen Befehle an die Steuerelektronik eine solche Pendeltür in die entsprechende Richtung geöffnet würde. Nach dem erfolgten Öffnungsvorgang wird die Tür anschließend wieder in ihre geschlossene Position gebracht.

Der erfindungsgemäße Gedanke, einen Drehstrommotor in Verbindung mit einer Steuer- und Regeleinheit in Form eines programmierbaren menügesteuerten Frequenzumrichters mit einem Ablaufprogramm zu verwenden, bietet sich auch bei Schiebetüren an. Aus diesem Grunde können die vorbeschriebenen Vorgehensweisen einer Drehtür anwendungstechnisch auch auf das Anwendungsbeispiel eines Schiebetürantriebes übertragen werden.

Die Erfindung wird anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles der Figur 1 näher erläutert. Ein Drehstrommotor 2 ist mit daran angeschlossenem nicht dargestellten Getriebe über ein Gestänge, dessen erster Hebel an einer Abtriebsachse des Getriebes und dessen zweiter Hebel an dem Drehflügel angelenkt ist, angeschlossen, wobei die beiden Hebel in der Mitte drehgelagert zusammengeführt sind. Eine weitere Möglichkeit des Anschlusses ist auch in Verbindung mit einer Gleitschiene, darin verschiebbarem Gleitstück und daran angelenktem Betätigungsarm gegeben.

Der Drehstrommotor 2 wird über Versorgungsleitungen 5, 6, 7 von einem Frequenzumrichter 1 mit der notwendigen Spannung versorgt. Der Frequenzumrichter 1 wird wiederum zum einen über eine Spannungsvorgabe 8 über die Verbindung 19 und eine Frequenzvorgabe 9 über die Verbin-

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dung 20 mit den entsprechenden Daten zur Steuerung und Regelung des Drehstrommotors 2 versorgt.

Die Steuer/Regelungselektronik 11 beinhaltet entsprechende Speicher zur Abspeicherung der notwendigen Ablaufprogramme bzw. zur Speicherung von Eckdaten und Parametern. Diese Parameter können über ein Handterminal 3, welches über eine Verbindung 4 mit der Steuer/Regelungselektronik 11 verbunden ist, beeinflußt werden. Die von der Steuer/Regelungselektronik 11 vorgegebenen Daten werden über eine Verbindung 18 an eine Drehzahlvorgabe 12 weitergeleitet. Die Drehzahlvorgabe 12 sendet ihre Daten über eine Verbindung 17 an den Drehzahlregler 10. Damit ein geschlossener Regelkreis vorhanden ist, wird an dem Drehstrommotor 2 permanent direkt die Drehzahl über einen Inkrementalgeber 13gemessen. Die Meßwerte des Inkrementalgebers 13 werden über eine Verbindung 14 an den Drehzahlregler 10 gemeldet.

In dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 sind nicht die Sensorsignale zur Aktivierung der Steuer/Regelungselektronik 11 eingetragen worden, da sie nicht erfindungsrelevant sind.

Aufgrund des Ablaufprogrammes ist es auch möglich, einen derartigen Antrieb der vorbeschriebenen Art als Öffnungshilfe einzusetzen. Dieses bedeutet, daß keine Sensoren an der Tür notwendig sind, denn durch die leichte Betätigung des Türflügels und damit hervorgerufene Erzeugung einer - wenn auch geringen - Drehzahl, wird der Antrieb derart aktiviert, daß er die Tür in die Offenstellung bringt.

Auch in einem solchen Falle, wo weder eine Notstromversorgung noch eine Netzspannungsversorgung vorhanden ist, läßt sich eine Drehflügeltür, die in Verbindung mit einem Drehstrommotor angetrieben wird, leicht durch manuelle Betätigung öffnen.

Bezugszeichen	Frequenzumrichter
1	Drehstrommotor
2	Handterminal
3	Verbindung
4	Versorgungsleitung
5	Versorgungsleitung
6	Versorgungsleitung
7	Spannungsvorgabe
8	Frequenzvorgabe
9	Drehzahlregler
10	Steuer/Regelungselektronik
11	Drehzahlvorgabe
12	Inkrementalgeber
13	Verbindung
14	Verbindung
15	Verbindung
16	Verbindung
17	Verbindung
18	Verbindung
19	Verbindung
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Claims (10)

1. Antrieb für eine Drehflügeltür, deren Flügelbewegung durch einen elektrischen Antriebsmotor in Verbindung mit einem Getriebe über ein Gestänge, dessen einer Hebel an der Abtriebsachse des Getriebes und dessen anderen Hebel an dem Drehflügel angelenkt ist, angetrieben wird, wobei zur Steuerung und/oder Regelung des Antriebsmotors eine einen Mikroprozessor beinhaltende Steuerung/Regelung vorhanden ist, und zur Wegerfassung ein Inkrementalgeber verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor ein Drehstrommotor (2) ist, zu dessen Steuerung/Regelung ein programmierbarer menügesteuerter Frequenzumrichter (1) mit einem Ablaufprogramm verwendet wird.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Anbindung zwischen Getriebe und Drehflügel durch einen Betätigungsarm erreicht wird, der einerends an der Abtriebsachse des Getriebes angelenkt und andererends mit einem Gleitstück verbunden ist, das in einer mit dem Drehflügel verbundenen Gleitschiene verschiebbar ist.

3. Antrieb nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehflügeltür eine Pendeltür ist.

4. Antrieb für automatische Schiebetüren, deren Flügelbewegungen durch einen elektrischen Antriebsmotor in Verbindung mit einem Getriebe und einer Kupplung über einen Riemen angetrieben werden, wobei zur Steuerung und/oder Regelung des Antriebsmotors eine einen Mikroprozessor beinhaltende Steuerung/Regelung vorhanden ist, und zur Wegerfassung ein Inkrementalgeber (13) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor ein Drehstrommotor (2) ist und zu dessen Steuerung/Regelung ein programmierbarer menügesteuerter Frequenzumrichter (1) mit einem Ablaufprogramm verwendet wird.

5. Antrieb nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ablaufprogramm ein Modus enthalten ist, der den angeschlossenen Türtyp erkennt und gleichzeitig bei einer ersten automatischen Fahrt die Öffnungsweiten erlernt.

6. Antrieb nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ablaufprogramm Bremsrampen enthalten sind, deren Charakteristiken für die Endlagen programmierbar sind.

7. Antrieb nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auflaufen eines Flügels auf ein Hindernis die Bewegungsrichtung umgesteuert wird.

8. Antrieb nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Notstromversorgung vorhanden ist.

9. Antrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einstellbaren Zeiträumen eine Überprüfung der Bewegung der Flügel über Hilfsstrom durchgeführt wird.

10. Antrieb nach den Ansprüchen 1, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung des Ablaufprogramms ein Handterminal (3) vorhanden ist.