DE4041087C2 - Verfahren und Vorrichtung zum motorischen Bewegen von großen Flügeln von Lichtkuppeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum motorischen Bewegen von großen Flügeln von Lichtkuppeln, Fenstern, Klappen, Türen oder dergleichen mit den Merkmalen im Oberbegriff des Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruches.

Bei modernen Bauten kommen in zunehmendem Maße im Fassadenbereich große Flügel von Lichtkuppeln, Rauchabzugsklappen, Fenstern oder dergleichen zum Einsatz, die beweglich gelagert sind und motorisch geöffnet und geschlossen werden. Bedingt durch die Größe sind die Flügel relativ biegeelastisch, was Probleme beim Einsatz von konventionellen Antrieben aufwirft. Mit einem Stellantrieb allein lassen sich solche Flügel in vielen Fällen nicht mehr sicher Öffnen, Schließen und in Öffnungs- bzw. Schließstellung festhalten. Dies ist nicht zuletzt auch eine Frage des Gewichtes.

Aus der DE 39 32 086 A1 ist es bekannt, mehrere Stellantriebe nebeneinander anzuordnen und gemeinsam an der Lichtkuppel angreifen zu lassen. Die Antriebe werden über eine gemeinsame Synchronisierschaltung in Verbindung mit Positionsdetektoren gesteuert. Die Synchronisation wird durch eine permanente Start-/Stop-Steuerung in Verbindung mit einer Zustandsabfrage der Antriebsmotoren erreicht. Die Antriebe werden gemeinsam eingeschaltet und sollen sich über vorbestimmte gleiche Wege bewegen und dann wieder abschalten. Mittels der Positionsdetektoren wird der Weg vorgegeben und überwacht. Haben alle Antriebe die vorgesehene Strecke zurückgelegt und sich abgeschaltet, was an die Synchronisierschaltung rückgemeldet wird, werden sie erneut gestartet. Auf diese Weise bewegen sich die Antriebe in Intervallen schrittweise um gleiche Strecken auf oder zu. Hierbei handelt es sich nicht um eine Regelung, sondern um eine Steuerung der Stellantriebe, die wegabhängig arbeitet. Durch die ständigen Start-/Stop-Intervalle entstehen hohe mechanische Beanspruchungen und Verzögerungen in der Öffnungs- und Schließbewegung.

Die EP 0 191 730 A1 zeigt einen Torantrieb, der zweistufig ausgelegt ist. Hierbei geht es um die Erzielung abgestufter Bewegungsgeschwindigkeiten für das Tor. Hierfür ist ein Antrieb mit einem Hauptmotor und ein Hilfsantrieb mit einem Kleinmotor vorgesehen, die über eine Zahnradpaarung mit unterschiedlichen Ritzeldurchmessern gekoppelt sind. Beide Getriebe haben einen gemeinsamen Mitnehmer, mit dem sie das Tor schleppen. Hierdurch sollen unterschiedliche Fahrgeschwindigkeiten des Tores realisiert werden. Eine Gleichlaufregelung ist dabei nicht vorgesehen.

Die DE 31 11 711 A1 befaßt sich mit einer Einklemmsicherung für automatisch betätigbare Türen oder Fenster, speziell an Fahrzeugen. Hierbei geht es um die Überwachung einer Einklemmsituation, wobei mittels einer Bewegungsüberwachung der Tür- oder Fensterantriebe evtl. Blockierstellungen bzw. Einklemmsituationen erkannt werden und zu einer Abschaltung der Antriebe führen. Eine Gleichlaufregelung ist hier ebenfalls nicht vorhanden.

Aus den Literaturstellen DE-ZS: Siemens Energietechnik 1, 1979, Heft 4, 5.118, Bild 1 und 2 sowie ZS: Control Engineering, November 1974, Band 21, H. 11, 5.43 sind Regelungstechniken für Motoren bekannt. Hierbei handelt es sich um allgemeine Informationen zur Motorregelung ohne Bezug auf den Einsatz für gattungsgemäße Stellantriebe.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum motorischen Bewegen von großen Flügeln der genannten Art aufzuzeigen, mit denen eine betriebssichere Bewegung möglich ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruch. An einem Flügel greifen mehrere Stellantriebe gemeinsam an, wobei deren Motoren untereinander auf Gleichlauf geregelt sind. Durch die synchrone Antriebsbewegung wird sichergestellt, daß sich der Flügel trotz seiner Größe und Labilität nicht verwinden, verbiegen oder in sonstiger Weise unerwünscht verformen kann. Damit wird einer Bruchgefahr, einem Verzug und einer bleibenden Verformung des Flügels entgegengewirkt. Auch Funktionsprobleme, wie ein Klemmen der Scharniere oder Führungen des Flügels werden vermieden. Vorteile ergeben sich auch in der Öffnungs- und Schließstellung des Flügels. Durch die Mehrfachanordnung der Stellantriebe kann der Flügel in diesen Stellungen besser ausbalanciert und in der Soll-Lage gehalten werden. Inbesondere bei Fassadenteilen, wie großflächigen Klappfenstern, ist dies von Bedeutung, da hier erhebliche Windkräfte und sonstige Umwelteinflüsse am Flügel angreifen. Die Flügel können beliebig als Lichtkuppeln, Rauchabzugsklappen, Fenster, Klappen allgemeiner Art, Türen, Schwenk- oder Kipptore oder dergleichen ausgebildet sein.

Die Gleichlaufregelung der Motoren sorgt für eine synchrone Antriebsbewegung. Vorzugsweise sind die Stellantriebe parallel zueinander angeordnet und greifen alle mit gleichem Abstand vom Schwenklager des Flügels an. Der Gleichlauf der Motoren umfaßt darüber hinaus auch die Möglichkeit für unterschiedliche Antriebsübersetzungen. Hierdurch lassen sich Stellantriebe versetzt und mit unterschiedlichen Abständen von der Lagerachse des Flügels anordnen. Die Abstandsunterschiede werden durch eine feste Übersetzung ausgeglichen. Diese Übersetzung kann zum einen zwischen Motor und Stellelement, beispielsweise einer Spindel, des Stellantriebs bestehen, so daß die Motoren mit gleichen Geschwindigkeiten laufen können. Alternativ können auch die Geschwindigkeiten der Motore zur Bildung der Übersetzungen unterschiedlich hoch sein, wobei Gleichlauf unter Einbeziehung dieser Übersetzungen herrscht.

Die Gleichlaufregelung der Motoren sieht eine Relativregelung auf den langsamsten Motor vor, auf dessen Geschwindigkeit auch die anderen, gegebenenfalls unter Einbeziehung der vorerwähnten Übersetzung, geregelt werden. Dieses Verfahren ist einfach, kostengünstig und von den Nutzungsmöglichkeiten universell. Es hat den Vorteil, daß der gewünschte Gleichlauf für alle Betriebsbedingungen sichergestellt werden kann. Es wird immer auf den langsamsten Motor geregelt, gleichgültig, welcher dies nun im Einzelfall ist. Falls ein Motor einmal ausfällt, bleiben bei dieser Regelcharakteristik automatisch auch die anderen Motoren stehen. Außer einem Nothalt läßt sich damit auch bewußt eine Endabschaltung in Öffnungs- oder Schließstellung durchführen. Auch eine automatische Steuerung der Öffnungsweite des Flügels zum Zwecke einer automatischen Klimaregelung oder dergleichen ist möglich.

Die Flügel sind vorzugsweise schwenkbar gelagert und werden von den Stellantrieben gedreht. Alternativ können die Flügel aber auch auf andere Weise geführt und von den Stellantrieben gehoben, gesenkt, geschoben oder auf andere Weise bewegt werden. Lichtkuppeln, Rauchabzugsklappen etc. lassen sich beispielsweise auf diese Art an mehreren Stellen von Stellantrieben anheben. Die Stellantriebe und/oder die Flügel können in diesen und anderen Fällen mit Vorrichtungen zur Gewichtskompensation der Flügel versehen sein, beispielsweise parallel zum Motor des Stellantriebes wirkenden Federn etc. Die Stellantriebe und deren Motoren lassen sich in unterschiedlicher Weise ausbilden. Vorzugsweise kommen Elektromotoren, insbesondere rotierende Gleichstrommotoren zum Einsatz. Als Stellelement finden Spindeln, Zahnstangen oder dergleichen Verwendung. Andere Ausführungsformen können auch mit Linearantrieben, Kurbeltrieben oder dergleichen anderen Antriebskonstruktionen ausgestattet sein.

Zur Gleichlaufregelung der Motoren ist eine Steuerschaltung vorgesehen, die mit Gebern und Geschwindigkeitsstellern an den Stellantrieben verbunden ist. Vorzugsweise sind diese Bauelemente an den Motoren angeordnet, können alternativ aber auch mit den Stellelementen gekoppelt sein. Als Geschwindigkeitssteller kann in diesem Fall beispielsweise eine steuerbare Bremse fungieren.

Die Gleichlaufregelung basiert vorzugsweise auf einer Wegmessung, wodurch sich auch die Möglichkeit zu einer Positioniersteuerung der Stellantriebe ergibt. Für rotierende Elektromotoren bietet sich hierfür ein Drehgeber an, der der Motordrehung entsprechend inkrementale Pulse an die Steuerschaltung abgibt. Der Drehgeber kann als inkrementaler Relativwertgeber, Absolutwertgeber oder als Zwischenform ausgebildet sein. Als Geber kann in anderen Fällen auch ein Stromsensor oder eine beliebig andere Sensorkonstruktion eingesetzt werden, die für den Gleichlauf repräsentative Werte für Geschwindigkeit oder Weg des Stellantriebs ausgibt.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die von einem Drehgeber ausgegebenen Pulse in der Steuerschaltung gezählt und die Zählerstände der Stellantriebe untereinander verglichen. Auftretende Differenzen werden je nach Regelverfahren durch Bremsen oder Beschleunigen der jeweiligen Motoren ausgeglichen. Vorzugsweise werden hierbei die Geschwindigkeiten um feste Werte verändert. Mit jeder Abfrage wird der Zustand neu überprüft und damit in Schritten der Gleichlauf wieder hergestellt. Ein solches Regelverfahren und die zugehörige Steuerschaltung sind besonders einfach, betriebssicher und durch den geringen Bauaufwand besonders kostengünstig und wirtschaftlich. Vorzugsweise werden die Pulse vom Start weg durchgezählt, so daß mit jeder Abfrage die momentane tatsächliche Position der einzelnen Stellantriebe erfaßt und verglichen wird. Die Gleichlaufregelung erfolgt dadurch über einen Positionsvergleich. Zusätzlich kann eine direkte Geschwindigkeitsüberwachung erfolgen, in dem die Zählerstände zumindest teilweise zwischengespeichert und dann antriebsweise untereinander verglichen werden. Ergeben sich hierbei keine Veränderungen, steht der Stellantrieb still. Dies kann zu einer Abschaltung der anderen Stellantriebe führen.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen

Fig. 1 eine Lichtkuppel mit zwei Stellantrieben nebst Steuerschaltung und

Fig. 2 eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Pfeil II von Fig. 1.

In den Zeichnungen ist ein Flügel (2) in Form einer Lichtkuppel dargestellt, der an einem Rand über eine Angel (3) schwenkbar gelagert ist und von einer Bewegungsvorrichtung (1) geöffnet und geschlossen sowie in öffnungs- und Schließstellung festgehalten wird. Der Flügel (2) kann auch eine Rauchabzugsklappe, eine sonstige Klappe, ein Fenster, eine Türe, ein Tor oder ein sonstiges bewegliches Bauteil sein. Der gezeigte Flügel (2) kann ferner anstelle einer Schwenkanordnung höhenbeweglich geführt und gelagert sein. Er wird dann von der Bewegungsvorrichtung (1) angehoben.

Die Bewegungsvorrichtung (1) weist im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Stellantriebe (4, 5) auf, die nebeneinander an der der Angel (3) gegenüberliegenden Seite des Flügels (2) angeordnet sind und gemeinsam an dem einen Rand des Flügels (2) angreifen. Die Stellantriebe (4, 5) besitzen jeweils einen Motor (6), der im gezeigten Ausführungsbeispiel als rotierender Gleichstrom-Elektromotor ausgebildet ist. Die Drehbewegung der in geeigneter Weise gelagerten Motoren (6) wird auf ein Stellelement (7), vorzugsweise eine Spindel, übertragen. Über die Spindelbewegung wird der Flügel (2) auf- und abgeschwenkt.

In der eingangs erwähnten alternativen Ausführungsform sind mehrere Stellantriebe an geeigneten Punkten des Flügels (2) verteilt angeordnet und heben diesen an oder senken ihn ab. Hierbei können beispielsweise auch hydraulische Antriebe eingesetzt werden. Die Motoren (6) der Stellantriebe (4, 5) sind untereinander auf Gleichlauf geregelt. In der gezeigten Ausführungsform bewegen sich die Stellelemente (7) synchron und gleich schnell. Der Flügel (2) kann sich hierdurch aufgrund der Antriebsbewegung nicht in unerwünschter Weise verwinden, verziehen oder sonstwie verformen. Allenfalls sind Flügelverformungen durch das Eigengewicht möglich, die aber nichts mit dem Antrieb zu tun haben und durch geeignete Flügelkonstruktionen aufzufangen sind.

Die Gleichlaufregelung wird durch eine Steuerschaltung (10) bewirkt. An den Motoren (6) sind Geber (8) in Form von inkrementalen Weggebern angeordnet, die entsprechend der Motordrehung Pulse an einen Zähler (12) in der Steuerschaltung (10) abgeben. An den Motoren (6) sind ferner Geschwindigkeitssteller (9) angeordnet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Spannungssteller ausgebildet sind. Hierdurch wird die Motorspannung gesteuert und der Motor (6) entsprechend gebremst oder beschleunigt. Die Spannungssteller (9) sind ebenfalls mit der Steuerschaltung (10) verbunden.

In der Steuerschaltung (10) ist den Zählern (12) jeweils ein Speicher (13) mit mindestens zwei Registern zur Speicherung von zwei oder mehr Zählerständen zugeordnet. Die Zähler (12) und Speicher (13) sind mit einer Vergleichsschaltung (11) verbunden, die vorzugsweise einen Microprozessor (14) zur Verarbeitung der Signale und Ausgabe von Steuerbefehlen aufweist. Die Vergleichsschaltung (11) ist ausgangseitig mit den Spannungsstellern (9) verbunden.

Zur Gleichlaufregelung werden taktweise die Zählerstände der Zähler (12) abgefragt und in der Vergleichsschaltung (11) miteinander verglichen. Die Pulse der Geber (8) werden in den Zählern (12) fortlaufend gezählt, so daß die Zählerstände stets den aktuellen Positionswert des Stellantriebs (4, 5) wiedergeben. Die Geber (8) sind hierzu beim Start jeweils entsprechend referiert. Bei jeder Abfrage werden die abgefragten Zählerstände (12) in den Speichern (13) zwischengespeichert und von hier aus zum Vergleich herangezogen.

Stellt die Vergleichsschaltung (11) bei einer Abfrage einen Unterschied in den Zählerständen der Stellantriebe (4, 5) fest, bedeutet dies eine unterschiedliche Antriebsposition und damit eine Abweichung vom gewünschten Gleichlauf. In der bevorzugten Ausführungsform werden die Motoren (6) auf Gleichlauf mit dem jeweils langsamsten Motor (6) geregelt. Bei Feststellen einer Abweichung in den Zählerständen wird von der Vergleichsschaltung (11) der mit dem höheren Zählerstand behaftete und damit schnellere Motor (6) gebremst. Hierzu gibt die Vergleichsschaltung (11) ein entsprechendes Steuersignal an den jeweiligen Spannungssteller (9), mit dem die Motorspannung reduziert wird. Die Spannungsveränderung erfolgt stufenweise und in vorgegebenen Schritten. Die Vergleichsschaltung (11) bzw. der Microprozessor (14) weisen hierzu einen entsprechenden Programm- oder Stellwertspeicher auf.

Die Zählerstände werden taktweise abgefragt. Nach einer erfolgten Spannungskorrektur um den vorgegebenen Wert wird in der nachfolgenden Abfrage der Zählerstand erneut ermittelt und damit das Ergebnis der Korrektur überprüft. Besteht noch immer ein Unterschied, wird erneut in der vorbeschriebenen Weise die Motorspannung um eine Stufe reduziert. Dies geschieht solange, bis Gleichstand herrscht. Der Abfragetakt ist so bemessen, daß die Spannungskorrekturen zwischen zwei Abfragen wirksam werden können.

In den Speichern (13) werden die Zählerstände von mindestens zwei aufeinander folgenden Abfragen zwischengespeichert und zusätzlich in der Vergleichsschaltung (11) miteinander verglichen. Solange die Stellantriebe (4, 5) bzw. die Motoren (6) in Bewegung sind, differieren die Zählerstände von Abfrage zu Abfrage. Bei Stillstand gibt es keinen Unterschied. Durch antriebsinternen Vergleich der Zählerstände kann die Antriebsbewegung auf Stillstand oder Bewegung überwacht werden. Außerdem läßt sich durch zeitbezogenen Vergleich der Zählerstände die Geschwindigkeit der Motoren (6) bestimmen. Die so gewonnenen Werte können in der Vergleichsschaltung (11) in Verbindung mit einem geeigneten Steuerprogramm für eine Notabschaltung aller Stellantriebe herangezogen werden, wenn ein Motor (6) zum Stillstand kommt. Dies kann auch eine gewünschte Endabschaltung bei Erreichen der Öffnungs- oder Schließstellung der Stellantriebe (4, 5) sein. Die Endabschaltung kann einerseits geschwindigkeitsabhängig sein, was beispielsweise bei Erreichen der Schließstellung des Flügels (2) der Fall ist. Der geschlossene Flügel (2) liegt dann auf seinem Rahmen auf und sperrt eine weitere Antriebsbewegung. Eine Endabschaltung kann andererseits auch über eine Positionsauswertung mit Hilfe der Zählerstände erfolgen. Die gewünschte Öffnungsstellung ist dann durch einen bestimmten Zählerstand repräsentiert, bei dessen Erreichen die Steuerschaltung (10) die Bewegung der Motoren (6) abschaltet. Mit einer geeigneten Feldsteuerung oder anderen Maßnahmen läßt sich eine Blockierstellung der Motoren (6) erzielen, in der eine ausreichende Stützkraft zum Offenhalten des Flügels (2) entwickelt wird. Zur Automatisierung kann die Steuerschaltung (10) mit handbetätigten oder programmierten Sollwert-Gebern verbunden sein, die den Betriebserfordernissen entsprechende Positionswerte bzw. Zählerwerte ausgeben. In Verbindung mit Thermofühlern und einer Auswerteschaltung läßt sich hierbei zum Beispiel eine Klimaregelung mit Fensterflügeln, Klappen oder dergleichen erzielen.

Claims (13)

1. Verfahren zum motorischen Bewegen von großen Flügeln von Lichtkuppeln, Fenstern, Klappen, Türen oder dgl. mit mehreren Stellantrieben, die über Geber gesteuert werden und mit jeweils einem eigenen Stellelement nebeneinander am Flügel angreifen und ihn gemeinsam bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellantriebe (4, 5) für eine synchrone Antriebsbewegung in ihrer Geschwindigkeit untereinander auf Gleichlauf geregelt werden, wobei die Motoren (6) der Stellantriebe (4, 5) auf Gleichlauf mit dem jeweils langsamsten geregelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Stellantrieben (4, 5) und/oder deren Motoren (6) zurückgelegten Wege gemessen, gespeichert und verglichen werden, wobei in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis die schnelleren Motoren (6) gebremst oder die langsameren Motoren (6) beschleunigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren (6) um vorgegebene Werte gebremst oder beschleunigt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegmeßwerte vom Start weg fortlaufend aufaddiert und gespeichert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegmeßwerte taktweise abgefragt und verglichen werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der einzelne Stellantrieb (4, 5) oder dessen Motor (6) auf Stillstand oder Kriechgang überwacht wird, wobei seine Abfragewerte zwischengespeichert und untereinander verglichen werden.

7. Vorrichtung zum motorischen Bewegen von großen Flügeln von Lichtkuppeln, Fenstern, Klappen, Türen oder dgl. mit mehreren nebeneinander angeordneten stellantrieben, die über Geber gesteuert sind und mit jeweils einem eigenen Stellelement am Flügel angreifen und ihn gemeinsam bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß für die Stellantriebe (4, 5) eine gemeinsame Steuerschaltung (10) mit Spannungsstellern (9) vorgesehen ist, mit der die Stellantriebe (4, 5) in ihrer Geschwindigkeit untereinander auf Gleichlauf regelbar sind, wobei die Motoren (6) der Stellantriebe (4, 5) auf Gleichlauf mit dem jeweils langsamsten geregelt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Gebern (8) verbundene Steuerschaltung (10) die zurückgelegten Wege der Stellantriebe (4, 5) und/oder deren Motoren (6) mißt, speichert, vergleicht und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis die Geschwindigkeit der Motoren (6) steuert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren (6) als rotierende Gleichstrom-Elektromotoren ausgebildet sind.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Geber (8) an den Motoren (6) angeordnet und als inkrementale Weggeber ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (10) Zähler (12) für die Geber (8) und eine Vergleichsschaltung (11) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Zähler (12) mindestens ein Speicher (13) zugeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (10) einen Mikroprozessor (14) aufweist.