WO2015117871A1 - Türantrieb zum bewegen eines türblatts eines verkehrsmittels - Google Patents

Türantrieb zum bewegen eines türblatts eines verkehrsmittels Download PDF

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Martin Kronabeter
Gerald Leopold
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    • E05F15/00—Power-operated mechanisms for wings
    • E05F15/60—Power-operated mechanisms for wings using electrical actuators
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    • E05Y2900/00—Application of doors, windows, wings or fittings thereof
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance

Definitions

  • the invention relates to a door drive for moving a door leaf of a means of transport, in particular one
  • Doors of local transportation such as subways, trams, etc. are designed as sliding doors or sliding doors and are generally equipped with a power drive which moves the respective door leaves between the intended end positions.
  • This drive is almost exclusively electric.
  • a first peak load occurs in the final phase of the closing movement, when the door leaf reaches its closed end position and thereby door seals are deformed.
  • Peak load is at the beginning of the opening process, when the inertia of the door leaf must be overcome and virtually simultaneously possibly a mechanical
  • Mass inertia of the door leaf is an essential factor in the design of the drive power.
  • the aforementioned load peaks occur both in sliding doors, as well as reinforced
  • the invention is therefore based on the object, a
  • a door drive for moving a door leaf of a vehicle which comprises an electric motor acting on a door leaf and a control device, and wherein a
  • Storage device for electrical energy is provided, and wherein the control device comprises a charging device for charging the storage device from a power supply and wherein at the beginning of the movement of the door leaf at least a portion of the energy required for this is removed from the storage device.
  • the memory device for electrical energy to be used is, according to an embodiment of the invention, an accumulator. It can all common
  • Accumulators in particular lead-acid batteries, nickel-metal hydride batteries, lithium-ion batteries or more can be used. This is advantageous because charging circuits suitable for accumulators are already very
  • a further embodiment of the invention provides for using storage capacitors as supercapacitors.
  • Supercapacitors are characterized by the fact that they have the highest power density among the known energy stores, ie can be charged and discharged with very high currents. Also is the aging and the associated Capacity loss less pronounced than conventional accumulators.
  • the door leaf at the end of a movement process of the door leaf, the door leaf can be electrically delayed by means of the motor and the electrical energy converted in the process can be stored in the memory device. Since the period of this braking process in relation to the total movement time must be as short as possible, it is particularly recommended to use supercapacitors as memory devices, as they can just be loaded with the current peaks occurring. In this embodiment of the invention is the
  • control device includes a connection to the energy supply system (vehicle electrical system) as well as signal inputs for triggering the door movement sequences. Possibly. Further signal inputs, e.g. for limit switches
  • control device with. This can be the
  • Control device for driving other electric motors are formed, wherein at the beginning of the movement of the further electric motors at least a portion of the energy required for this is removed from the storage device.
  • the door drive In functional connection with the door drive are, for example, drives a sliding step or a folding door. This is particularly advantageous if these components are subject to icing and initially absorb a very high peak current when actuated.
  • Fig.2 door drive with accumulator.
  • Fig.4 door drive with supercapacitor and further drive.
  • Fig.5 Current profile of a drive during door operation with energy recovery.
  • Fig.l shows an example and schematically the current flow of a drive in door operation.
  • the course of the electric current I over the time t is shown as it typically during an actuating operation of a
  • FIG. 2 shows an example and schematically a door drive with an accumulator. It is a block diagram of one
  • Door drive which comprises an electric motor M and a mechanically coupled to this motor M door leaf T, wherein the door leaf T is supported by means of the motor M between its end positions power assisted.
  • Control device S controls the motor M to this
  • Power supply V feeds the control device S with the energy required for the motor M and the internal circuits.
  • a Energy storage device connected, which is designed as an accumulator A in this embodiment.
  • the accumulator A is charged via a charging device in the control device S from the power supply V.
  • the control device S takes the required electrical energy at least partially the accumulator A, wherein the power supply V is relieved of the starting flow Ia. The recharging of the accumulator A takes place in the periods between the
  • Fig. 3 shows by way of example and schematically a door drive with a supercapacitor. It is shown the door drive of Fig. 2, wherein the accumulator A is formed by an electric storage with a supercapacitor C.
  • This embodiment of the invention allows very high discharge currents of the memory device as well as very fast
  • Control device S is to the execution of
  • Fig. 4 shows by way of example and schematically a door drive with a supercapacitor and further drive. It is the door drive shown in Figure 3, with an additional Motor Ml is provided for a Klapptritt K and is controlled by the control device S and energized. In this case, the starting current of both motors M, Ml together from the supercapacitor C via the control device S to the motors M, Ml are passed, whereby the load on the power supply V is reduced.
  • FIG. 5 shows by way of example and schematically the current flow of a drive in door operation with energy recovery. It in a course of the current I over the time t of a
  • the recoverable braking energy Wb corresponds to that

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power-Operated Mechanisms For Wings (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Türantrieb zum Bewegen eines Türblatts (T) eines Verkehrsmittels, umfassend einen auf ein Türblatt (T) wirkenden elektrischen Motor (M) und eine Steuereinrichtung (S), wobei eine Speichereinrichtung (A, C) für elektrische Energie vorgesehen ist, wobei die Steuereinrichtung (S) eine Ladeeinrichtung zur Aufladung der Speichereinrichtung (A, C) aus einer Energieversorgung (V) umfasst und wobei bei Beginn der Bewegung (Ta) des Türblatts (T) zumindest ein Teil der dafür erforderlichen Energie aus der Speichereinrichtung (A, C) entnommen wird.

Description

Beschreibung
Türantrieb zum Bewegen eines Türblatts eines Verkehrsmittels
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Türantrieb zum Bewegen eines Türblatts eines Verkehrsmittels, insbesondere eines
Passagierschienenfahrzeugs.
Stand der Technik Türen von Nahverkehrsmitteln wie U-Bahnen, Straßenbahnen etc. werden als Schiebtüren oder Schwenkschiebetüren ausgeführt und sind im Allgemeinen mit einem Kraftantrieb ausgestattet, welche die jeweiligen Türblätter zwischen den vorgesehenen Endpositionen bewegt. Dieser Antrieb erfolgt praktisch ausschließlich elektrisch. Bei der Auslegung dieser Antriebe ist zu berücksichtigen, dass im Bewegungsablauf zwei
wesentliche Lastspitzen auftreten. Eine erste Lastspitze tritt in der Endphase der Schließbewegung auf, wenn das Türblatt in seine geschlossene Endposition gelangt und dabei Türdichtungen verformt werden. Die zweite wesentliche
Lastspitze ist zu Beginn des Öffnungsvorgangs, wenn die Massenträgheit des Türblatts überwunden werden muß und praktisch gleichzeitig ggf. eine mechanische
Endlagenverriegelung entriegelt werden muß. Da der
Öffnungsvorgang möglichst rasch erfolgen soll, ist die
Massenträgheit des Türblatts ein wesentlicher Faktor für die Auslegung der Antriebsleistung. Die genannten Lastspitzen treten sowohl bei Schiebetüren, als auch verstärkt bei
Schwenkschiebetüren auf, da bei letztgenannten noch zusätzlich eine Beschleunigung normal zur Öffnungsrichtung erfolgen muß. Der Leistungsbedarf für das unbeschleunigte Bewegen eines Türblatts ist gegen jenen in der
Beschleunigungsphase vernachlässigbar. Ein sicheres und rasches Öffnen aller Türen eines Zugverbandes muß auch bei Ausfall der primären Energieversorgung gewährleistet sein. Dazu sind beispielsweise bei U-Bahnen in Abhängigkeit von der Länge des Zugverbands ein oder zwei Akkumulatoren vorgesehen welche die wesentlichen Systeme (Notbeleuchtung, Belüftung, Kommunikation, etc.) für einen bestimmten Zeitraum mit
Energie versorgen können. Dabei ist gefordert, dass am Ende dieses Zeitraums noch ein Türöffnungsvorgang ausgeführt werden kann, unabhängig von der jeweils herrschenden
Temperatur. Die dabei Auftretenden Stromspitzen können in diesem Betriebszustand zu einem Spannungsabfall führen der eine sichere und rasche Türbetätigung möglicherweise
behindert .
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen
Türantrieb zum Bewegen eines Türblatts eines Verkehrsmittels anzugeben, welcher das elektrische Energieversorgungsnetz bei einer Betätigung geringer belastet als Türantriebe nach dem Stand der Technik.
Die Aufgabe wird durch einen Türantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind
Gegenstand untergeordneter Ansprüche. Dem Grundgedanken der Erfindung nach wird ein Türantrieb zum Bewegen eines Türblatts eines Verkehrsmittels beschrieben, welcher einen auf ein Türblatt wirkenden elektrischen Motor und eine Steuereinrichtung umfasst und wobei eine
Speichereinrichtung für elektrische Energie vorgesehen ist, und wobei die Steuereinrichtung eine Ladeeinrichtung zur Aufladung der Speichereinrichtung aus einer Energieversorgung umfasst und wobei bei Beginn der Bewegung des Türblatts zumindest ein Teil der dafür erforderlichen Energie aus der Speichereinrichtung entnommen wird.
Dadurch ist der Vorteil erzielbar, das interne elektrische Energieversorgungsnetz (Bordnetz) des Verkehrsmittels von den Lastspitzen entlasten zu können, welche durch die
gleichzeitige Betätigung mehrerer Türantriebe hervorgerufen werden .
Die dazu einzusetzen de Speichereinrichtung für elektrische Energie ist einer Ausführungsform der Erfindung entsprechend ein Akkumulator. Dabei können alle gebräuchlichen
Akkumulatoren, insbesondere Bleiakkumulatoren, Nickel- Metallhydridakkumulatoren, Lithium-Ionen Akkumulatoren oder weitere eingesetzt werden. Dies ist vorteilhaft, da für Akkumulatoren geeignete Ladeschaltungen bereits sehr
preisgünstig herstellbar sind.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, als Speichereinrichtung Superkondensatoren einzusetzen.
Superkondensatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie unter den bekannten Energiespeichern die größte Leistungsdichte aufweisen, d.h. mit sehr hohen Strömen geladen und entladen werden können. Auch ist die Alterung und der damit verbundene Kapazitätsverlust weniger ausgeprägt als bei herkömmlichen Akkumulatoren .
In weiterer Fortbildung der Erfindung empfiehlt es sich, die in dem bewegten Türblatt gespeicherte mechanische Energie rückzugewinnen. Bei bekannten Türsystemen erfolgt ein
Abbremsen des Türblatts durch dämpfende Anschläge bzw. durch das Verformen von Türdichtungen (insbesondere in
geschlossener Position des Türblatts) . Erfindungsgemäß kann zu Ende eines Bewegungsvorgangs des Türblatts das Türblatt mittels des Motors elektrisch verzögert werden und die dabei umgewandelte elektrische Energie in der Speichereinrichtung gespeichert werden. Da der Zeitraum dieses Bremsvorgangs im Verhältnis zur gesamten Bewegungszeit möglichst kurz sein muß, ist es besonders empfehlenswert dabei Superkondensatoren als Speichereinrichtungen einzusetzen, da diese eben auch mit den dabei auftretenden Stromspitzen geladen werden können. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist die
Steuereinrichtung mit entsprechenden
Leistungselektronikschaltungen auszustatten, welche eine motorische Bremsung und Energierückgewinnung realisieren können. Dabei ist wesentlich, dass die rückgewonnene Energie nicht in das Bordnetz sondern eben in die Steuereinrichtung geleitet wird.
Die Steuereinrichtung umfasst in allen Ausführungsformen eine Verbindung zu dem Energieversorgungssystem (Bordnetz) sowie Signaleingänge zur Auslösung der Türbewegungsabläufe. Ggf. können weitere Signaleingänge, z.B. für Endschalter
vorgesehen werden.
Als Tür, bzw. Türsystem sind alle in Verkehrsmitteln
gebräuchlichen Türen einsetzbar. Insbesondere die in Nahverkehrsmitteln sehr häufig eingesetzten Schiebe- oder Schwenkschiebetüren, sowohl in ein- als auch zweiflügeliger Ausführung .
In Fortbildung der Erfindung empfiehlt es sich, weitere elektrische Antriebe die in funktioneller Verbindung mit dem Türantrieb stehen, in die Funktionalität der
Steuereinrichtung mit aufzunehmen. Dazu kann die
Steuereinrichtung zur Ansteuerung weiterer Elektromotoren ausgebildet werden, wobei bei Beginn der Bewegung der weiteren Elektromotoren zumindest ein Teil der dafür erforderlichen Energie aus der Speichereinrichtung entnommen wird. In funktioneller Verbindung mit dem Türantrieb stehen beispielsweise Antriebe eines Schiebetritts oder eines Klapptritts. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn diese Bauteile der Vereisung unterliegen und bei Betätigung anfang einen sehr hohen Spitzenstrom aufnehmen. Eine
Energierückgewinnung aus der Bewegung eines Schiebetritts oder Klapptritts erscheint allerdings nicht sinnvoll, da dabei in den bewegten Massen zu niedrige mechanische Energie gespeichert ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Es zeigen beispielhaft:
Fig.l Stromverlauf eines Antriebs bei Türbetätigung.
Fig.2 Türantrieb mit Akkumulator.
Fig.3 Türantrieb mit Superkondensator.
Fig.4 Türantrieb mit Superkondensator und weiterem Antrieb. Fig.5 Stromverlauf eines Antriebs bei Türbetätigung mit Energierückgewinnung . Ausführung der Erfindung
Fig.l zeigt beispielhaft und schematisch den Stromverlauf eines Antriebs bei Türbetätigung. Es ist der Verlauf der elektrischen Stromstärke I über die Zeit t dargestellt wie er typischerweise bei einem Betätigungsvorgang einer
Passagierraumtüre eines Schienenfahrzeugs erfolgt. Zum
Zeitpunkt des Bewegungsbeginns Ta erreicht der Verlauf ein Maximum, den Anlaufstrom Ia, da zu diesem Zeitpunkt das bewegliche Türblatt noch in Ruhe befindlich ist und aus dieser Ruhelage beschleunigt werden muß. Nach Beendigung der Beschleunigungsphase ist nur mehr eine geringe elektrische Leistung und damit geringe Bewegungsstromstärke Ic
erforderlich um das Türblatt in konstanter Geschwindigkeit bis zu dem Bewegungsende Tc zu bewegen. Die hohe
AnlaufStromstärke Ia muß dabei der Tür eines Zuges zugeführt werden können, was insbesondere bei batteriegespeistem
Notbetrieb zu Spannungsabfällen an den Zuleitungen führen kann, die die ordnungsgemäße Türbetätigung behindern.
Fig.2 zeigt beispielhaft und schematisch einen Türantrieb mit einem Akkumulator. Es ist ein Blockschaltbild eines
Türantriebs dargestellt, welcher einen elektrischen Motor M und ein mit diesem Motor M mechanisch gekoppeltes Türblatt T umfasst, wobei das Türblatt T mittels des Motors M zwischen seinen Endlagen kraftunterstützt bewegbar ist. Eine
Steuereinrichtung S steuert den Motor M zu diesem
Bewegungsablauf an und umfasst selbst die dazu erforderlichen Schaltungen der Leistungselektronik. Eine elektrische
Energieversorgung V speist die Steuereinrichtung S mit der für den Motor M sowie die internen Schaltungen erforderlichen Energie. An die Steuereinrichtung S ist eine Energiespeichereinrichtung angeschlossen, welche in diesem Ausführungsbeispiel als Akkumulator A ausgeführt ist. Dabei wird der Akkumulator A über eine Ladeeinrichtung in der Steuereinrichtung S aus der Energieversorgung V geladen. Bei einem Türbetätigungsvorgang entnimmt die Steuereinrichtung S die dafür erforderliche elektrische Energie zumindest teilweise dem Akkumulator A, wobei die Energieversorgung V von dem Anlaufström Ia entlastet ist. Das Wiederaufladen des Akkumulators A erfolgt in den Zeiträumen zwischen den
Türbetätigungen, welche wesentlich länger sind als die
Türbetätigungszeit selbst. Solcherart kann der Akkumulator A mit geringerem Strom geladen werden wodurch der
Spannungsabfall an den Leitungen der Energieversorgung V reduziert wird.
Fig . 3 zeigt beispielhaft und schematisch einen Türantrieb mit einem Superkondensator . Es ist der Türantrieb aus Fig. 2 dargestellt, wobei der Akkumulator A durch einen elektrischen Speicher mit einem Superkondensator C gebildet ist. Diese Ausführungsform der Erfindung erlaubt sehr hohe Entladeströme der Speichereinrichtung sowie auch sehr schnelle
Ladevorgänge, d.h. sehr hohe Ladeströme. Die
Steuereinrichtung S ist dabei an die Ausführung der
Speichereinrichtung als Superkondensator C anzupassen. Diese Ausführungsform der Erfindung ist besonders vorteilhaft wenn der Türantrieb auch eine Energierückgewinnung mittels elektrischen Bremsens des Türblatts T vor dem Bewegungsende umfasst, da Superkondensatoren C problemlos mit den dabei entstehenden Stromspitzen geladen werden können.
Fig . 4 zeigt beispielhaft und schematisch einen Türantrieb mit einem Superkondensator und weiterem Antrieb. Es ist der Türantrieb aus Fig.3 dargestellt, wobei ein zusätzlicher Motor Ml für einen Klapptritt K vorgesehen ist und von der Steuereinrichtung S gesteuert und mit Energie versorgt wird. Dabei kann auch der Anlaufstrom beider Motoren M, Ml zusammen aus dem Superkondensator C über die Steuereinrichtung S an die Motoren M, Ml geleitet werden, wodurch die Belastung der Energieversorgung V reduziert wird.
Fig.5 zeigt beispielhaft und schematisch den Stromverlauf eines Antriebs bei Türbetätigung mit Energierückgewinnung. Es in ein Verlauf der Stromstärke I über die Zeit t eines
Türantriebs gezeigt, welcher bei Bewegungsbeginn Ta ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten verläuft. Bei einem bestimmten
Zeitpunkt, dem Bremsbeginn Tb wird der Motor M in den elektrischen Bremsbetrieb geschaltet und das Türblatt T somit verzögert bis es zum Bewegungsende Tc seine Endposition einnimmt. Dadurch ist die Stromstärke I des Motors M ab dem Bremsbeginn Tb umgekehrt und erreicht eine
Bremsspitzenstromstärke Ib, da ab dem Zeitpunkt Tb die mechanische Bewegungsenergie des Türblatts T rückgewonnen wird. Die rückgewinnbare Bremsenergie Wb entspricht dem
Integral der Stromstärke I zwischen dem Bremsbeginn Tb und dem Bewegungsende Tc.
Liste der Bezeichnungen t Zeit
I Elektrische Stromstärke
Ta Bewegungsbeginn
Tc Bewegungsende
Ia Anlaufström
Ic Bewegungsström
S Steuereinrichtung
A Akkumulator
M Motor
T Türblatt
V Energieversorgung
C Superkondensator
Ml Motor für Klapptritt
K Klapptritt
Tb Bremsbeginn
Ib BremsSpitzenstromstärke
Wb Bremsenergie

Claims

Patentansprüche
Türantrieb zum Bewegen eines Türblatts (T) eines Verkehrsmittels, umfassend einen auf ein Türblatt (T) wirkenden elektrischen Motor (M) und eine
Steuereinrichtung (S) ,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Speichereinrichtung (A, C) für elektrische Energi vorgesehen ist, wobei die Steuereinrichtung (S) eine Ladeeinrichtung zur Aufladung der Speichereinrichtung (A, C) aus einer Energieversorgung (V) umfasst und wobei bei Beginn der Bewegung (Ta) des Türblatts (T) zumindest ein Teil der dafür erforderlichen Energie au der Speichereinrichtung (A, C) entnommen wird.
Türantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
zu Ende eines Bewegungsvorgangs des Türblatts (T) das Türblatt (T) mittels des Motors (M) elektrisch verzögert wird und die dabei umgewandelte elektrische Energie (Wb) in der Speichereinrichtung (A, C) gespeichert wird.
Türantrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung ein Akkumulator (A) ist.
Türantrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung aus Superkondensatoren (C) aufgebaut ist.
Türantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (A, C) , die Ladeeinrichtung und die Steuereinrichtung (S) als eine gemeinsame Baugruppe ausgebildet sind.
Türantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
das Türblatt (T) in einer ein- oder zweiflügeligen Schiebetüre eingesetzt ist.
Türantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
das Türblatt (T) in einer ein- oder zweiflügeligen Schwenk-Schiebetüre eingesetzt ist.
Türantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (S) zur Ansteuerung weiterer Elektromotoren (Ml) ausgebildet ist, wobei bei Beginn der Bewegung der weiteren Elektromotoren (Ml) zumindest ein Teil der dafür erforderlichen Energie aus der Speichereinrichtung (A, C) entnommen wird.
Türantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Elektromotoren (Ml) zum Antrieb eines Schiebetritts oder eines Klapptritts (K) vorgesehen sind .
Schienenfahrzeug, insbesondere
Passagierschienenfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass zur kraftunterstützten Betätigung der
Passagierraumtüren ein Türantrieb nach einem der
Ansprüche 1 bis 9 vorgesehen ist.
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