WO2016187631A1

WO2016187631A1 - Positionsdetektor

Info

Publication number: WO2016187631A1
Application number: PCT/AT2016/050151
Authority: WO
Inventors: Andreas Mair
Original assignee: Knorr-Bremse Gesellschaft Mit Beschränkter Haftung
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2016-12-01
Also published as: AT517317A1; AT517317B1; EP3303868A1; US20180156635A1; MA50130A; CN107646080A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen der momentanen Position eines mittels eines elektromagnetischen Feldes zwischen zwei Positionen hin und her bewegbaren Gegenstandes bzw. Bauteils (7), insbesondere der beweglichen Gegenscheibe einer Zahnscheibe (5), einer magnetisch bzw. elektromagnetisch betätigbaren Bremse (1) bzw. Kupplung, insbesondere im Türantrieb eines Fahrzeuges wie eines Eisenbahnwaggons. Zum Schutz der Kontaktvorsprünge (12) des dabei verwendeten Schalters (11) ist vorgesehen, dass für das Detektieren der Position des beweglichen Bauteils (7) ein eigener Detektorteil (10) vorgesehen ist, der sich bezüglich des beweglichen Bauteils (7) in der Richtung von dessen Beweglichkeit bewegen kann, dass der Detektorteil (10), so wie der bewegliche Bauteil (7), unter der Einwirkung des den Bauteil (7) bewegenden elektromagnetischen Feldes steht, und dass der Detektorteil (10) in einer der beiden Positionen mittels eines Schaltfingerarms (12') zumindest einen Kontaktvorsprung (12) des Schalters (11) kontaktiert und in der anderen Abstand von ihm aufweist.

Description

Positionsdetektor

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen der momentanen Position eines mittels eines elektromagnetischen Feldes zwischen zwei Positionen hin und her bewegbaren Gegenstandes, insbesondere der Zahnscheibe einer magnetisch betätigbaren Bremse bzw. Kupplung, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 und der EP 2 002 142 AI.

Diese Druckschrift beschreibt eine sogenannte Sicherheitsbremse, bei der ein Kupplungs- stück, im dargestellten Fall mit einer Verzahnung, durch elektromagnetische Kräfte zwischen einer Position, die der Verriegelt Position entspricht, und einer Position, die der freigegebenen Position entspricht, hin und her bewegt werden kann. Es gibt auch ähnliche Vorrichtungen, die statt einer Verzahnung andere Fixiermittel aufweisen und/oder statt der elektromagnetischen Kräfte in einer der Richtungen Federn oder anderes verwenden.

Derartige Bremsen werden verschiedentlich verwendet, beispielsweise bei Türantrieben für Eisenbahntüren, aber auch bei Lifttüren, und können auch bei Aufzügen, bei Seilzügen und jeder Art von Kraft- oder Momentübertragung verwendet werden. Es gibt bistabile Anordnungen, bei denen durch Permanentmagnete oder mechanische Fixierungen sichergestellt ist, dass eine einmal eingenommene Endlage bis zum nächsten Schaltimpuls eingehalten wird, und es gibt monostabile Ausführungen, bei denen die eine Endposition angenommen wird, sobald die elektromotorische Kraft wegfällt, sei es gewünscht, sei es im Zuge einer Störung. Welche dieser Bremsen verwendet wird, hängt vom jeweiligen Anwendungsgebiet und von der Sicherheitsphilosophie des Benutzers ab.

Für all diese Arten von Bremsen ist es bedeutsam die momentane (aktuelle) Position einer Regel- und Steuervorrichtung mitzuteilen, um diese Position überwachen und den Betrieb der gesamten, mit der Bremse in Verbindung stehenden Anlage danach regeln zu können. Eine solche Überwachung des Ist-Zustandes, unabhängig von den Schaltbefehlen der Vergangenheit, ist sowohl für den Ablauf der verschiedenen vorzunehmenden Betriebsschritte, als auch für die Sicherheit wesentlich, und es muss daher sichergestellt sein, dass diese Erfassung zuverlässig und störungsfrei erfolgt. Im Stand der Technik wurde dies dadurch erreicht, dass der bewegliche Bestandteil der Bremse fest mit einem Arm oder dergleichen versehen wurde, gegebenenfalls auch einstückig, und dass am Ende des Arms, der sich somit zwangsläufig mit dem beweglichen Teil mitbewegt, Kontakte, Betätigungsmittel (Stifte oder dergleichen) vorgesehen sind, die einen entsprechend gegenüberstehend fest angebrachten Schalter, Stecker oder dergleichen kontaktierten und so einen Stromkreis schlössen oder öffneten oder, was verschiedentlich aus regelungstechnischen Gründen anzustreben war, mehrere derartige Schaltelemente bedienten, wobei durchaus auch einige geöffnet und andere geschlossen werden konnten, je nach deren Position und Auswirkung in einem der Regel- oder Steuerkreise.

Dieses Konzept, das den großen Vorteil hat, unmittelbar mit dem beweglichen Teil verbunden zu sein und so dessen Position direkt wiederzugeben, hat den Nachteil, dass die Bewegung des beweglichen Teils durch seine Funktion des Eingreifens bzw. Freigebens vorgeschrieben ist und damit auf mechanische, dynamische, elektrische oder sonstige Befindlichkeiten und Grenzen des Sensorteils nicht Rücksicht nehmen kann. Insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, liegt die Bewegungsgeschwindigkeit des bewegten Bauteils deutlich über den für die verwendeten und verwendbaren Schalterrelais etc. zulässigen Schaltgeschwindigkeiten. Die Folge ist die Notwendigkeit des Vorsehens von Hebeln und dergleichen mehr, durch die die Geschwindigkeit(en) des bewegten Bauteils verringert werden, was aber wiederum die von den Kontaktorganen zurückgelegten Wege proportional verringert und damit wiederum sensiblere bzw. empfindlichere Schalter etc. notwendig macht. Darüber hinaus sind die beweglichen Teile gerade der Unmittelbarkeit, die angestrebt wird, widersprechend und kostspielig. Derlei ist aus der JPS61211539 (A) bekannt. Das DE 91 11 784 Ul und auch die US 3,400,797 A vermeiden zwar die Hebel, etc., setzen dafür den Schalter aber der direkten Wirkung des beweglichen Teils aus.

Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung berührungsloser Schalter, wie aus der DE 10 2006 004 065 AI, dem DE 20 2005 009 053 Ul und der DE 199 22 251 AI bekannt. Die dabei auftretenden Probleme liegen in den Kennlinien betreffend die Hysterese der Näherungsschalter und dem Hub des beweglichen Teils und der Beeinflussung der Näherung s Schalter durch andere Elemente und auch Verunreinigungen im rauen Betrieb. Aus der WO 97/42118 AI ist es bei einer Aufzugsbremse, somit in einer wohl definierten und geschützten Umgebung bekannt, die Magnetkraft entsprechend zu steuern, um ein sanftes Einfahren des beweglichen Bauteils zu erreichen. Diese Maßnahme ist aufwendig und bedarf feiner Justierung und Wartung bei der unvermeidlichen Veränderung der mechanischen Eigenschaften im Laufe des Betriebes, von Änderungen beispielsweise im Freien nicht zu reden.

Es besteht somit ein Bedarf an einer einfachen, kompakten, zuverlässigen und soweit irgend möglich auf die verwendeten Schalter anzupassenden Überwachungsvorrichtung, durch die es auch möglich werden soll, ohne aufwendige Änderungen und Anpassungen unterschiedliche Sensoren zu verwenden, unterschiedliche Strategien zu verfolgen, unterschiedliche Montagemöglichkeiten zu berücksichtigen, da es hier, je nach dem Kunden, unterschiedlichste Wünsche gibt. Es ist das Ziel der Erfindung eine solche Vorrichtung anzugeben.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale erreicht; mit anderen Worten, es wird, für das Detektieren der Position des beweglichen Bauteils, eine eigene Detektorplatte vorgesehen, die sich bezüglich des beweglichen Kupplungsteils in der Richtung von dessen Beweglichkeit bewegen kann. Dabei steht der Detektorteil, so wie der Kupplungsteil, unter der Einwirkung des den Kupplungsteil bewegenden elektromagnetischen Feldes, und es ist gegebenenfalls zwischen dem Kupplungsteil und dem Detektorteil eine Druckfeder vorgesehen.

Auf diese einfache Weise wird sichergestellt, dass durch die Masse und den Aufbau der Detektorplatte die Wirkung der elektromagnetischen Kraft auf sie, also deren Beschleunigung unter zusätzlicher Berücksichtigung der Masse und die Endgeschwindigkeit auf dem zur Verfügung stehenden Weg, bestimmbar ist, wobei die Druckfeder bzw. Druckfedern zwischen den beiden beweglichen Platten nach Maßgabe der auftretenden Kräfte und der zurückzulegenden Wege vorgesehen sind und deren Kennlinien bestimmt werden. Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt die Fig. 1 einen rein schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung im eingekoppelten Zustand und die Fig. 2 und Fig. 3 im entkuppelten Zustand:

Eine als Beispiel gewählte Bremse 1 ist mit einem Flügel 2 oder einem anderen Montageteil passend am nicht dargestellten Wagenkasten oder Türrahmen befestigt und trägt in ihrem Inneren eine Welle 3, die um eine Achse 4 drehbar ist. Die Welle 3 ist drehfest und axialfest mit einem Zahnkranz 5 (Fig. 2) verbunden und weist an ihrem anderen Ende eine Verbindung mit einem Freilauf 6 auf, der seinerseits auf einer nicht dargestellten Betätigungswelle sitzt.

Diese Vorrichtung dient beispielweise bei der Betätigung von Eisenbahntüren dazu, eine Drehung der Betätigungs welle in der Richtung, in der der Freilauf es zulässt (meist die Schließrichtung der Tür) stets zuzulassen, eine Drehung in Öffnungsrichtung aber zu verhindern. Wenn nun eine Drehung in diese Richtung, die der Freilauf 6 nicht zulässt, gewünscht wird, wird die Bremse 1, das heißt im Detail die Zahnscheibe 5, freigegeben, und die Betätigungswelle kann sich sodann samt Freilauf und Welle 3 und Zahnscheibe 5 in der anderen Richtung drehen.

Um diese Freigabe zu bewirken, ist in der Bremse 1 eine Gegenscheibe 7 drehfest angeordnet, die aber in Richtung der Achse 4, zwischen zwei Positionen beweglich ist. Die Fig. 1 zeigt die geschlossene oder blockierende Position, in der ein Zahnkranz der beweglichen Scheibe 7 mit den Zähnen der Zahnscheibe 5 kämmt und sie daher an jeder Drehung hindert. Die Fig. 2 und die Fig. 3 zeigen die Situation im freigegebenen Zustand, in dem die Scheibe 7 durch elektromagnetische Kräfte eines Magneten 8 so weit nach rechts in den Figuren gezogen worden ist, dass die Zahnungen der beiden Zahnkämme außer Eingriff kommen, die Zahnscheibe 5 und damit die Welle 3 kann frei rotieren. Beim Abschalten des Magneten 8 wird die bewegliche Scheibe 7 durch Federn 9 erneut in die blockierende Lage gedrängt. Hier gilt das einleitend Ausgeführte, dass statt dieser monostabilen Ausbildung durch Vorsehen von Permanentmagneten oder ähnlichem eine bistabile Ausführung möglich ist; dies hat allerdings mit der im Folgenden, anhand dieses Beispiels näher erläuterten Erfindung nichts zu tun. Um die aktuelle Position der beweglichen Scheibe 7 an eine entsprechende Regelvorrichtung oder Steuervorrichtung (nicht dargestellt) melden zu können, ist eine Detektorscheibe 10 vorgesehen die, ebenso wie die bewegliche Scheibe 7, drehfest bezüglich der Bremse 1 gelagert ist, in Richtung der Achse 4 aber beweglich ist. Diese Detektorscheibe 10 wird nun durch den Magneten 8 ebenso angezogen wie die bewegliche Scheibe 7, weist aber eine derartige magnetische Eigenschaft und eine derartige Masse auf, dass im Falle der Aktivierung des Magneten 8 und der Bewegung der beweglichen Scheibe 7 ihre eigene Bewegung nur eine Geschwindigkeit erreicht, die gering genug ist, um den eigentlichen Schalter (im Folgenden immer so genannt, egal wie er aufgebaut ist) 11 beim Kontakt mit seinem(n) Kontaktvorsprung(en) 12 nicht über dessen( deren) Stabilität hinaus zu beanspruchen. Diese Situation ist in Fig. 3 dargestellt.

Der Schaltvorgang des Magneten kann dabei auch mittels Strommessung plausibilisiert werden. Der Schaltvorgang ist dabei durch einen charakteristischen Stromverlauf definiert.

Beim Abschalten des Elektromagneten 8 drücken die Druckfedern 9 die bewegliche Platte 7 wiederum in die verriegelte Position (Fig. 1), und die Zwischenfedern 13 oder passend angeordnete Permanentmagnete oder ein anderes Abstoßungselement drücken die Detek- torscheibe 10 samt ihrem Schaltfingerarm 12' vom Schalter 11 weg, der diese Bewegung bzw. das Erreichen des Endes dieser Bewegung an die Steuervorrichtung weiterleitet.

Diese Elemente 13 sind in ihrer Kennlinie und in ihrer maximalen Ausdehnung so zu bemessen, dass bei einem Fehler, beispielsweise wenn trotz des Abschaltens des Magneten 8 die bewegliche Scheibe 7 nicht in die Verriegelt Position (Fig. 1) gelangt, d.h. nicht vom Schalter 11 wegdrückt wird, nicht irrtümlich der verriegelte Zustand gemeldet wird. In Kenntnis der Erfindung und der verwendeten Komponenten und des Einsatzgebietes kann dies durch Berechnung, eventuell einige einfache Versuche, vom Fachmann leicht bestimmt werden.

Wenn umgekehrt trotz Einschaltens des Magneten 8 die bewegliche Scheibe 7 nicht auskuppelt, so gelangt infolge der federnden Elemente 13 der Kontakt 12 auch nicht in den Bereich des Schalters 11, worauf dieser nach wie vor meldet, dass nach wie vor die verriegelte Position vorliegt.

Die Erfindung kann auf vielfache Weise ausgestaltet und an das jeweilige Anwendungsgebiet adaptiert werden. In Kenntnis der Erfindung ist es für den Fachmann der Regelung von Steuerungstechnik auf dem Gebiete elektromagnetisch betätigter Vorrichtungen klar, die entsprechenden Parameter auszuwählen, vor allem hat er dazu die Federelemente 13, die Masse der Detektorscheibe 10, den Abstand zum Magneten 8, die magnetischen Eigenschaften der Detektorscheibe 10 und dies in jeweiliger Abstimmung mit Masse- und Magneteigenschaften der beweglichen Scheibe 7 und der Stärke der Rückstellfeder 9 vorzunehmen.

Schlussendlich kann man feststellen, dass die Erfindung eine Vorrichtung zum Erkennen der momentanen Position eines mittels eines elektromagnetischen Feldes zwischen zwei Positionen hin und her bewegbaren Gegenstandes bzw. Bauteils 7, insbesondere der beweglichen Gegenscheibe einer Zahnscheibe 5, einer magnetisch bzw. elektromagnetisch betätigbaren Bremse 1 bzw. Kupplung, insbesondere im Türantrieb eines Fahrzeuges wie eines Eisenbahnwaggons, betrifft. Zum Schutz der Kontaktvorsprünge 12 des dabei verwendeten Schalters 11 ist für das Detektieren der Position des beweglichen Bauteils 7 ein eigener Detektorteil 10 vorgesehen, der sich bezüglich des beweglichen Bauteils 7 in der Richtung von dessen Beweglichkeit bewegen kann, dass der Detektorteil 10, so wie der bewegliche Bauteil 7, unter der Einwirkung des den Bauteil 7 bewegenden elektromagnetischen Feldes steht, und dass der Detektorteil 10 in einer der beiden Positionen mittels eines Schaltfingerarms 12' zumindest einen Kontaktvorsprung 12 des Schalters 11 kontaktiert und in der anderen Abstand von ihm aufweist. B ezugszeichenliste :

Bremse 08 Elektromagnet

Flügel 09 Federn

Welle 10 Detektorscheibe

Achse 11 Schalter

Zahnkranz, Zahnscheibe 12 Kontaktvorsprung

Freilauf 12' Schaltfingerarm

Gegenscheibe, bewegliche 13 federnde Elemente Scheibe

Claims

Patentansprüche :

1. Vorrichtung zum Erkennen der momentanen Position eines mittels eines elektromagnetischen Feldes zwischen zwei Positionen hin und her bewegbaren Gegenstandes bzw. Bauteils (7), insbesondere der beweglichen Gegenscheibe einer

Zahnscheibe (5), einer magnetisch bzw. elektromagnetisch betätigbaren Bremse (1) bzw. Kupplung, insbesondere im Türantrieb eines Fahrzeuges wie eines Eisenbahnwaggons, dadurch gekennzeichnet, dass für das Detektieren der Position des beweglichen Bauteils (7) ein eigener Detektorteil (10) vorgesehen ist, der sich bezüglich des beweglichen Bauteils (7) in der Richtung von dessen Beweglichkeit bewegen kann, dass der Detektorteil (10), so wie der bewegliche Bauteil (7), unter der Einwirkung des den Bauteil (7) bewegenden elektromagnetischen Feldes steht, und dass der Detektorteil (10) in einer der beiden Positionen mittels eines Schaltfingerarms (12') zumindest einen Kontaktvorsprung (12) eines Schalters kontaktiert und in der anderen Abstand von ihm aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem beweglichen Bauteil (7) und dem Detektorteil (10) ein Druckelement vorgesehen ist das zumindest eine Druckfeder (13) umfasst.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem beweglichen Bauteil (7) und dem Detektorteil (10) ein Druckelement vorgesehen ist das zumindest einen Permanentmagneten umfasst.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektorteil (10) die kontaktierende Position bei angelegtem elektromagnetischen Feld einnimmt.