WO2021144056A1 - Feder mit einer überwachungsvorrichtung, system mit einem tor und der feder mit der überwachungsvorrichtung, sowie verfahren hierfür - Google Patents

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WO2021144056A1
WO2021144056A1 PCT/EP2020/083166 EP2020083166W WO2021144056A1 WO 2021144056 A1 WO2021144056 A1 WO 2021144056A1 EP 2020083166 W EP2020083166 W EP 2020083166W WO 2021144056 A1 WO2021144056 A1 WO 2021144056A1
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failure
door
door leaf
monitoring device
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Andreas Steiner
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Efaflex Tor- Und Sicherheitssysteme Gmbh & Co. Kg
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    • F16F2230/00—Purpose; Design features
    • F16F2230/24—Detecting or preventing malfunction, e.g. fail safe

Definitions

  • the invention relates to a spring with a monitoring device, a system with a gate, in particular a motor-driven lifting gate, and the spring with the monitoring device, and a method for monitoring a vibration behavior of a spring.
  • Lifting gates are widely known in practice and have been tried and tested for a long time. They serve as a closure for door openings of various types in the private and commercial Be rich and include a door leaf covering a door opening, which can be moved in the vertical direction from an open position (open position) to a closed position (closed position) and vice versa.
  • a roller door which conventionally has: a door leaf, which consists of mutually angled slats, which are guided on the two side edges of the door opening by means of vertical guide rails in the closed position; a winding shaft to which the door leaf is attached and by means of which the door leaf is raised into the open position and rolled up; and an electric motor drive.
  • weight compensation devices typically have springs which are under maximum tension when the door is closed and therefore support the opening movement of the door leaf. This makes it possible to reduce the drive torques required when operating such a roller door, and if the arrangement is correctly adjusted, an abrupt fall of the door leaf in the event of a disturbance can be prevented.
  • the pretensioning force of the spring is usually selected so that it exceeds the respective weight of the free door leaf length, i.e. the door leaf section not yet moved out of the door opening, up to a desired compensation point in any case.
  • the door leaf moves automatically to an open position if, due to a defect in the drive mechanism or a manual Entrie gelung, for example in the event of a power failure, the drive no longer has a blocking effect.
  • torsion springs for weight compensation. These are arranged coaxially to a guide device and in the closed stel development of the door leaf fully tensioned and accordingly ent tensioned when the door leaf is open.
  • weight compensation devices of a type are known, as is explained, for example, in EP 0 531327 B1.
  • This typically has a helical spring as a spring, as well as a tension element attached to it, usually in the form of a cable, belt or chain.
  • the lower end of the spring element is firmly connected to the floor, while its upper end is coupled by the tension element to a winding shaft arranged on the lintel side of the roller shutter.
  • the tension element is wound onto this winding shaft with layers lying directly on top of one another, so that the spring element is increasingly tensioned.
  • the opening movement of the door leaf is connected to an unwinding process of the tension element from the winding shaft, so that this results in a relaxation of the spring.
  • the winding shaft is gekop pelt with the drive of the roller shutter.
  • High-speed lift gates are used to close off highly frequented gate openings, particularly in the commercial environment. In such cases, the door leaves are moved with long strokes, often a few meters. Because of the high operating speed of more than 2 m / s that is often achieved, it is usually possible to do this To close high-speed gates between two consecutive passages of a forklift truck or the like and thus to provide protection against weather influences, drafts or a loss of the air-conditioned atmosphere in a room.
  • opening or closing the gate or passing through the gate is no longer possible.
  • a user such as a freight forwarder, can incur not inconsiderable economic damage.
  • DE 10 2015 107 416 A1 discloses a system for monitoring the door guidance quality which, by means of a sensor attached directly to a door leaf, detects an acceleration or vibration of the door leaf during movement, i.e. during opening or closing. This allows a degree of friction between the door leaf and the door guide and / or a degree of wear of the bearing components. Determine components of the gate device, and thus monitor the functionality of the Torvor device, so that any impairment of the freedom of movement of the Torblat tes can be detected early and remedied to avoid consequential damage.
  • a load on the spring as an essential component of the weight compensation device takes place not only when the door leaf moves, but also when the respective end position is reached due to a strong rebound of the spring when the door leaf comes to a standstill. Associated with this is another risk of failure.
  • the spring is a critical component in a gate device, the failure of which can pose a risk to people and technology.
  • the springs with varying spring properties are system-specific, calculated and manufactured individually for each door based on the type, the door leaf weight, and the opening and closing speed. Incorrectly provided, not suitable, or spring properties that change over time also pose a problem, since the spring properties must be precisely matched.
  • Another problem is basically the energy supply for sensors attached to the door leaf.
  • the power supply for sensors on the door leaf takes place regularly by means of spiral or trailing cables, or by means of energy chains built into the door leaf.
  • these are subject to severe mechanical aging or wear, as the movement load is high, especially with high-speed doors.
  • a high design effort is required for the use of cables and energy chains, which is associated with corresponding costs.
  • the further objectives can be provided to provide a device, a system and a method for increasing the operational safety of a door with springs, which are reliable and / or inexpensive.
  • the operational safety of the door can in particular include the aspects of recording wear, recording critical damage to the door mechanism, recording maintenance errors and / or recording the long-term behavior of the door mechanism.
  • a spring with a monitoring device having the following: a sensor board provided on a vibrating part of the spring; a sensor device provided on the sensor board for detecting at least one physical variable of the spring when the spring vibrates; an evaluation device for evaluating the detected physical variable, the evaluation device being set up in such a way that failure of the spring is recognized or anticipated.
  • a sensor board can, for example, consist of the known material FR4 and have conductor tracks, solder points and active and / or passive components attached to it on one or both sides.
  • a spring generally designates an elastically deformable component which stores mechanical energy by deformation and is preferably suitable for forming a weight compensation device.
  • the term “spring” can denote both a spring element, a single spring or a spring package which comprises several single springs.
  • the spring can have a longitudinal axis, and this can react to tension and / or pressure with a restoring force. If part of the spring is deflected from a rest position and released, a characteristic oscillation of the spring occurs due to the restoring force, among other things.
  • a characteristic oscillation of the spring can be both an oscillation of the entire spring and an oscillation of a part of the spring Designate spring.
  • a physical quantity of the spring detected when the spring vibrates is based on a property of the spring which, with reference to the usual definition of fundamental physics, can contain the spring constant D. Information about a property of the spring, for example about its mechanical stability, can thus be obtained from the physical variable recorded in this way.
  • the spring can, for example, be a coil spring.
  • Detection of failure of the spring relates to detection of a spring break or some other disadvantageous change in properties of the spring.
  • a change in properties is disadvantageous if it negatively affects the intended use of the spring.
  • Anticipating failure involves recognizing an impending failure before it actually occurs.
  • a failure can be detected or anticipated by detecting at least one physical variable of the spring when the spring vibrates by means of the sensor device and evaluating it by means of the evaluation device in such a way that a potential damage event, for example a spring break, is predicted with a high degree of probability before it occurs can.
  • a limit or a threshold value relating to at least one physical variable can be determined by experiments, in which a failure occurs with a probability that is no longer acceptable for the normal operation of a door.
  • the usual rules for safety equipment apply particularly to (high-speed) roller doors.
  • the evaluation device is set up in such a way that it detects or anticipates the failure of the spring by evaluating the post-oscillation behavior of the spring after the spring has been stressed, for example after an expansion or compression along a longitudinal axis of the spring; and the evaluation device is set up in such a way that it outputs a positive monitoring signal if the failure of the spring is anticipated or recognized.
  • the post-oscillation behavior describes the behavior of the spring after it has been stressed, while the term oscillation behavior refers in general to its oscillation behavior, for example also during its stress.
  • a positive monitoring signal denotes a signal which is suitable for indicating a failure or an impending failure of the spring.
  • the oscillation can also be referred to in particular as the oscillation which occurs after the end of the stress on the spring during the transition to the rest position, for example when the door leaf has reached an end position during a closing or opening process.
  • An end position of the door leaf is dependent on the respective degree of opening and closing of the door. This can be completely or partially closed or open.
  • a post-oscillation of the spring can be recognized on the basis of the usual (physical) characteristics of the spring during post-oscillation. For example, a decrease in the oscillation amplitude over at least two periods (again, for example, by means of threshold values) can be recognized, or a correlation analysis of at least one of the recorded variables can take place. More details are explained below with reference to the Figu ren.
  • the oscillating part of the spring is the central area of the spring between 30% and 70% of the total length of the spring.
  • the total length of the spring denotes the distance between two opposite ends of the springs along a longitudinal axis of the spring.
  • the at least one physical variable is at least one of a location, a speed, an acceleration, a jolt of the sensor device and a position of the sensor board.
  • “Location” means the position in space and “Location” means orientation in space. A body can change its position by twisting it without changing its location and vice versa.
  • the relationship between jerk / (t) (see classical mechanics on the concept of jerk), acceleration a (t), speed v (t) and location x (t) can be mathematically described with the following equation:
  • the speed is the first derivative (i.e. change) of the position vector with respect to time
  • the acceleration is the first derivative of the speed vector with respect to time
  • the jerk is the first derivative of the acceleration vector with respect to time.
  • acceleration is used in the present case in a general way, that is to say also in the sense of “braking” or “decelerating”, unless the facts necessarily suggest something else.
  • a spring breaks or some other change in a property of the spring occurs, this can change a location, a speed, an acceleration and / or a jolt of the sensor device and / or a position of the sensor board compared to a spring with "normal" properties. A failure of the spring can thus be recognized and / or anticipated.
  • a means for detecting the physical variable can be, for example, an acceleration sensor which measures the acceleration of the sensor device along a longitudinal axis of the spring.
  • the acceleration sensor can be, for example, a piezoelectric acceleration sensor or a MEMS acceleration sensor. With such a sensor, the acceleration of the sensor device can be determined very precisely and at a high sampling rate (for example> 50 Hz).
  • the evaluation device is set up to determine at least one evaluation value based on the at least one recorded physical variable and to compare this with a corresponding predetermined failure threshold value or failure value range, and the monitoring device is set up when a comparison condition is fulfilled, a monitoring signal is output which indicates the failure.
  • the evaluation value can also contain a plurality of calculated individual values; for example, it can contain an array or a number sequence of physical quantities in a program software.
  • a comparison condition can be, for example, that the evaluation value exceeds the specified failure threshold value once or for a specified period of time or lies in the failure value range.
  • the comparison condition can also be that the evaluation value falls below the specified failure threshold value once or for a specified period of time or lies outside the failure range.
  • An evaluation value can be, for example, an amplitude of the oscillation and / or a frequency or period duration of the oscillation and / or a duration of the post-oscillation.
  • the evaluation value can also be a mean value of the amplitude of the oscillation after at least two gate strokes in order to limit interfering influences.
  • the evaluation value can also contain a plurality of individual values. Possible embodiments of the invention, however, are not limited to these evaluation values mentioned by way of example. Suitable evaluation values can, for example, be values which give conclusions about a property of the spring.
  • the evaluation value can also be used to detect a rebound of the spring.
  • the following are also provided on the sensor board: a communication device for wireless or wired transmission of the at least one physical variable and / or a monitoring signal relating to the result of the evaluation; and an energy supply device, preferably a battery with a voltage stabilizer, for supplying energy to the sensor device and the evaluation device.
  • the sensor board also has a storage device which contains a first serial number which can be clearly assigned to the spring, and the evaluation device is set up to compare the first serial number with a second serial number in order to provide a control signal, which indicates a match and / or a discrepancy between the first serial number and the second serial number.
  • a storage device which contains a first serial number which can be clearly assigned to the spring
  • the evaluation device is set up to compare the first serial number with a second serial number in order to provide a control signal, which indicates a match and / or a discrepancy between the first serial number and the second serial number.
  • a system with a door in particular a lifting door, which has: a door leaf which covers a door opening and can be moved between an open position and a closed position; a drive device for moving the door leaf between the open position (open position) and the closed position (closed position); a gate control device for controlling the drive device; a spring connected to the door leaf with a monitoring device, the spring being configured to generate a force which counteracts a weight force of the door leaf, the force generated by the spring being greater in the closed position than in the open position; and where the Monitoring device set up to transmit a monitoring signal to the door control device in the event that the spring failure is recognized or anticipated.
  • a door in the context of the invention is a device with a movable door leaf which covers a door opening, in particular a lifting door.
  • a door according to the invention is, for example, a roller door in which the door leaf, which comprises a plurality of individual elements (slats) that are movably connected to one another, is guided in guides attached to the side.
  • This movement of the door leaf is effected by the drive device of the door, which has, for example, a powerful electric motor, a pneumatic lifting cylinder or a hydraulic system.
  • the drive device can have further mechanical components, such as, for example, gears, belts or coupling elements.
  • the gate control device can be set up for semi or fully automatic control of the drive device.
  • a door control device has a microcomputer with control programs (software) which provide the opening and closing operation as well as various operating and / or safety routines.
  • the gate control device can be designed to be hard-wired.
  • the system according to the invention with a gate makes it possible to react appropriately to the detected or anticipated failure of the spring in the event of a detected or anticipated failure of the spring of the gate control device.
  • An appropriate reaction can be, for example, to interrupt operation of the door in the event of a recognized or anticipated spring failure.
  • the gate control device can thus be set up to switch off the drive device when the monitoring signal indicates a spring failure.
  • An appropriate reaction can be, for example, to stop a door leaf falling within a predefined period of time by means of an EMERGENCY STOP mechanism if a spring break is detected and a door leaf has crashed . This not only detects the fall of the gate, but also prevents it as quickly as possible.
  • a fall of the door leaf is an unintended or unintended movement of the door leaf.
  • a common direction of the fall is, for example, gravitation-related downwards towards the ground.
  • An appropriate reaction can also be, for example, to modify a movement of the door leaf, for example in such a way that a load on the spring is reduced.
  • the acceleration limit values for the movement of the door leaf can be reduced.
  • the door control device can thus be set up to control the drive device in such a way that a vibration of the spring triggered by a movement of the door leaf and detected by the monitoring device, in particular a rebound of the spring, due to acceleration or braking of the Gate leaf is reduced.
  • the system with goal also has the following: a first serial number which can be clearly assigned to the spring; and a second serial number which can be clearly assigned to the gate.
  • the monitoring device is also set up to compare the first serial number with the second serial number and to transmit a result of the comparison to the gate control device.
  • the gate control device is set up to output an error signal and / or to switch off the drive device if, as a result of the comparison, there is a discrepancy between the first serial number and the second serial number. This ensures that only springs are used in the gate intended for use or that the gate is only operated with suitable springs.
  • a system according to the invention with a door has the advantage that a movement amplitude to which the monitoring device is subjected when monitoring the spring is significantly lower than in a case where the sensor is attached directly to the door leaf. Hence, even a power supply by means of spiral or trailing cables is less of a problem, since the movement load on the cables is lower.
  • a method for monitoring the vibration behavior of a spring which has the following steps: detecting the vibration behavior of a spring with a monitoring device by means of a sensor device provided on a sensor board, the sensor board being provided on a vibrating part of the spring; Detecting at least one physical variable of the spring when the spring vibrates; and evaluating the at least one physical variable in such a way that failure of the spring is recognized or anticipated.
  • the method further comprises: recognizing the beginning of a post-oscillation of the spring after a stress on the spring, in particular a compression or expansion; Detecting the at least one physical variable of the spring when the spring oscillates; and outputting a positive monitoring signal if the failure of the spring is anticipated or detected.
  • the at least one physical variable is at least one of a location, a speed, an acceleration, a jolt of the sensor device and a position of the sensor board.
  • the method also has: determining an evaluation value based on the at least one recorded physical variable; Compare the determined evaluation value with a corresponding predetermined one Failure threshold or failure value range; Output of the positive monitoring signal, which indicates the failure if a comparison condition is met.
  • the step of evaluating includes performing a cross-correlation of a recorded vibration behavior of the recorded physical variable with a pre-stored vibration behavior of the recorded physical variable.
  • the vibration behavior of the spring can also be assessed, for example, with a pattern recognition or with a correlation function relating to the recorded variables.
  • the recorded variable can be correlated with an “ideal” pre-stored vibration behavior, for example by means of a cross-correlation function or a wavelet transformation, the result of the correlation calculation being a value that represents the level or degree of similarity between the recorded vibration behavior and the pre-stored one Reproduces vibration behavior.
  • the correlation integral as the result of the calculations is the basis for how similar the functions to be examined are.
  • a simple threshold value can now be provided in order to recognize that the current oscillation behavior deviates too much from the pre-stored oscillation behavior.
  • it can be calculated how similar the currently recorded vibration behavior is to a, for example, pre-stored “ideal” vibration behavior.
  • the pre-stored vibration behavior as an input variable for the cross-correlation can advantageously be recorded, for example, by means of a recording process or by means of measurements on a new or correctly functioning spring and then saved.
  • the monitoring device can be by means of a Calibration process, for example when reinstalling the door, at least carry out a first detection process to detect an initial vibration behavior of the spring, and store the result of the detection in the memory.
  • the initial vibration behavior of the spring can then be used permanently in the monitoring device as an input for the cross-correlation function, while current, or subsequent and recurring, detection processes of the vibration behavior of the spring over the life of the spring as the further input for the correlation function can be used, which is also performed repeatedly.
  • the result of the correlation calculation shows a decreasing similarity between the pre-stored "ideal" vibration behavior of the spring and the currently recorded vibration behavior of the spring, which is compared, for example, with a threshold value for determining or anticipating failure of the spring can be.
  • one of the aforementioned physical quantities, for example the detected acceleration can be used as a function over time as the vibration behavior, which can serve, for example, as (programming) arrays as inputs for the correlation function.
  • Such a method preferably for a spring with a monitoring device according to one of the preceding aspects, can have the following steps: detecting at least one vibration behavior of the spring during a calibration; Storage of the vibration behavior as a first input for a correlation function; Detecting at least one oscillation behavior of the spring when the spring or the gate is operated as a second input for a correlation function; Correlating the first input with the second input to determine a measure of the similarity of the two inputs; optionally comparing the degree of similarity with a threshold value to determine or anticipate the failure of the spring.
  • the steps of detecting at least one oscillation behavior of the spring when the spring or the gate is operated as a second input for a correlation function; correlating the first input with the second input by an amount of Determine the similarity of the two inputs; and optionally the comparison of the degree of similarity with a threshold value for determining or anticipating the failure of the spring can preferably be carried out repeatedly, while the calibration is preferably a one-time process when the monitoring device is started up.
  • an expression such as “A or B”, “at least one of A and / and B” or “one or more of A and / and B” can include all possible combinations of features listed together.
  • a term “adapted to” as used in the present disclosure may be replaced by, for example, “suitable for”, “suitable for”, “adapted to”, “made to”, “capable of” or “designed to”, depending on the technical Alternatively, in a certain situation, the expression “device set up to” can mean that the device can work together with another device or component, or can perform a corresponding function.
  • Fig. 1 is a view of a system according to the invention with gate 1, drive device 3, gate control device 4, weight compensation device 2, spring 20 and monitoring device 5;
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a system according to the invention with gate 1, drive device 3, gate control device 4, monitoring device 5 and EMERGENCY STOP device 6;
  • Fig. 3 detailed view of a weight compensation device 2 with three springs 20 and three monitoring devices 5 with two different Torblattstel lungs (left: open position; right: closed position);
  • Fig. 4 left detailed view of a spring 20 (helical spring) with a monitoring device 5 provided thereon;
  • 5A is a schematic representation of an intact spring 20 with monitoring device 5 in an end position 27 (state of equilibrium);
  • FIG. 5B Schematic representation of an intact spring 20 with monitoring device 5 during post-oscillation (upper reversal point);
  • 5C shows a schematic representation of a deformed spring 20 with monitoring device 5 during reverberation;
  • 5D shows a schematic illustration of a broken spring 20 with monitoring device 5 at a first point in time t1 after the spring break;
  • 5E shows a schematic illustration of a broken spring 20 with monitoring device 5 at a second point in time t2 after the spring break, t2> t1;
  • FIG. 6A shows a schematic representation of the location x (t) of the monitoring device 5 provided on the spring 20 during a closing process for an intact spring (solid line), for a deformed spring (dotted line) and for a broken spring (dash-dotted line);
  • 6B shows a schematic illustration of the speed vt) of the monitoring device 5 seen on the spring 20 during a closing process for an intact spring (solid line), for a deformed spring (dotted line) and for a broken spring (dash-dotted line);
  • 6C shows a schematic representation of the acceleration a (t) of the monitoring device 5 seen on the spring 20 during a closing process for an intact spring (solid line), for a deformed spring (dotted line) and for a broken spring (dash-dotted line);
  • FIG. 7A a detailed plan view of a monitoring device 5 according to the invention for the spring 20; 7B a detailed side view of the monitoring device 5 according to the invention for the spring 20.
  • FIG. 1 shows a view of a system according to the invention with gate 1, spring 20 and
  • the door 1 is, for example, a high-speed roller door in which the door leaf 10 is moved at high top speeds, for example at more than 1 m / s, preferably at more than 2 m / s.
  • the door leaf 10 of the door is held in lateral guides (not shown) and comprises a plurality of slats 11 articulated to one another, which extend perpendicular to the guides over a door opening.
  • the door leaf 10 has a closing element 12, which is provided on the bottom with a rubber seal or the like.
  • FIG. 1 shows the door 1, for example, in a completely closed state, in which the door leaf 10 completely covers the door opening.
  • the movement of the door leaf 10 between its end positions is brought about by a drive device 3.
  • the drive device 3 is controlled by the gate control device 4.
  • the drive device 3 has a motor 31, for example a powerful electric motor, which generates the motor power by means of a drive shaft 35 transmits to a lintel-side winding shaft 32 in a manner known per se.
  • the drive device 3 can have further mechanical components (not shown), such as, for example, gears, belts or coupling elements.
  • the door leaf 10 is connected on the lintel side in a known manner by means of one or more Ver connecting elements 37, for example with a tape, with the winding shaft 32 and can be wound onto the winding shaft 32 by rotating the winding shaft 32 in a winding direction.
  • the door leaf can also be unwound from the winding shaft 32 by rotating the winding shaft 32 in an unwinding direction.
  • the winding direction is opposite to the unwinding direction.
  • the door leaf 10 can assume any position between a fully closed and a fully open position.
  • the door 1 also has a weight compensation device 2. This comprises a spring 20, a tension element 21 and a guide device 36 which is attached to the winding shaft 32.
  • the spring 20 is a helical spring and is formed, for example, from a sufficiently thick wire or round steel wound in a helical shape.
  • the spring 20 is attached to the floor with its bottom end (second end 24).
  • the spring 20 is firmly connected to a tension element 21, for example a metallic band, via a fastening element 22.
  • the lintel-side end of the tension element 52 is deflected around a deflection roller 25 (visible in FIG.
  • the weight compensation device 2 can be set so that, when the door 1 is closed, the spring 20 is stretched to such an extent that an excess torque is present beyond the torque produced by the weight of the door leaf 10.
  • the spring 20 has a monitoring device 5 according to the invention, for example in a central area between 30% and 70% of its total length. A detailed view of the monitoring device 5 is shown in FIGS. 7A and 7B and is described in more detail below.
  • the monitoring device 5 is set up to detect or anticipate a failure of the spring 20 and is provided on the spring 20 in such a way that it can vibrate with the spring 20 when the spring 20 vibrates, for example while the spring 20 continues to vibrate after a stress.
  • a load occurs, for example, during a winding or unwinding process of the door leaf 10, in particular at the beginning or end of the winding or unwinding process, when there is an acceleration or deceleration of the winding movement.
  • a torque generated by the motor 31 and transmitted to the winding shaft 32 is transmitted to the spring 20 by the tension element 21, and so in the present exemplary embodiment it can occur when the door leaf 10 is unwound from the winding shaft 32 (winding the tension element 52 onto the winding shaft 32 ) come to an expansion of the spring 20 and possibly (depending on the nature of the tension element 52) when the door leaf 10 is wound onto the winding shaft 32 (unwinding the tension element 52 from the winding shaft 32), the spring 20 is compressed.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a system which comprises a door 1, a spring 20 according to the invention with a monitoring device 5, a door control device 4 and a drive device 3.
  • the monitoring device 5 is provided in or on the spring 20, for example fastened thereto.
  • the gate control device 4 is further connected to at least one EMERGENCY STOP device 6.
  • the EMERGENCY STOP device 6 is used to stop the door leaf 10 in the event of the door leaf 10 falling, for example as a result of a spring break. As will be described in more detail later, this can be detected with the monitoring device 5 according to the invention.
  • locking devices can be arranged in or near the guides of the door leaf 10, and when activated by the door control device 4 in the event of a fall, prevent or stop a movement of the door leaf 10.
  • the de tail for example, locking bolts or brake shoes could be used for this.
  • the EMERGENCY STOP device 6 can also intervene in the drive device 3 of the door 1 and, for example, prevent the rotation of the winding shaft 32 in a suitable manner.
  • the drive device 3 and the door control device 4 can be arranged in a stationary manner and adjacent to the door leaf 10.
  • the communication between the monitoring device 5, the gate control device 4 and the drive device 3 can take place via the cable 34, as shown in FIG. 1, or wirelessly via radio.
  • the monitoring device 5 is designed with a transmitting unit and the gate control device 4 with a receiving unit. If the communication between the monitoring device 5 and the gate control device 4 is bidirectional, represented by arrows a) and b), both the monitoring device 5 and the gate control device 4 are designed as transmitting and receiving units.
  • the signal transmission between the first and second transmitting and receiving unit can take place via a bidirectional radio link. For example, the transmission can take place with Bluetooth. After identifying the first or second transmitting and receiving unit via the respective 48-bit address, the data is transmitted via data packets.
  • the signal transmission can preferably take place via a unidirectional radio link.
  • a unidirectional radio link can be sufficient for certain applications.
  • this type of data transmission is energy-saving compared to bidirectional data transmission, since the monitoring device 5 does not use any energy for readiness to receive or to receive data.
  • a unidirectional transmission is required for a monitoring signal which, for example, only consists of a single radio signal with identification code and data field (in which a failure or anticipated failure of the spring is positively noted).
  • a monitoring signal can be repeated several times (e.g. twice).
  • the connection between the gate control device 4 and the drive device 3 can take place both via the cable 34 and wirelessly, for example via radio as shown above.
  • the drive device 3 drives the door leaf 10 depending on the commands received.
  • the gate control device 4 takes into account the information or operation-relevant parameters, which of these further Devices are received, and controls the drive device 3 in such a way that it opens or closes the door 1 according to the desired operating mode.
  • Fig. 3 shows an exemplary weight compensation device 2 in an open position of the door leaf 10 (left) and a closed position of the door leaf 10 (right).
  • the terms open position and closed position here do not necessarily denote a completely open position or closed position of the door 1. Rather, the terms are used relatively.
  • An open position is characterized in that the door leaf 10 covers a smaller part of the door opening than in a closed position.
  • the weight compensation device 2 shown has, for example, three springs 20 and a monitoring device 5 is provided on each spring 20. However, it is also possible to provide the weight compensation device 3 with fewer or more springs 20.
  • the number and type of springs 20 is determined by the given loads, i. H. in particular according to the type of door leaf 10, its weight and dimensions.
  • the spring 20 is more strongly tensioned in the closed position than in the open position.
  • the spring 20 is longer in a closed position than in an open position.
  • a location x at which the monitoring device 5 is located is further away from the floor by Ax than in an open position.
  • a position of the door leaf 10 can thus be determined by detecting the x on which the monitoring device 5 is located.
  • a speed v (t) (hereinafter referred to only briefly as v in the text), an acceleration a (t) and / or a jolt / (t) (hereinafter referred to briefly as a or / in the text) of the monitoring device 5.
  • v speed in the text
  • a acceleration a (t) and / or a jolt / (t) (hereinafter referred to briefly as a or / in the text) of the monitoring device 5.
  • the speed v, the acceleration and the jerk j of the monitoring device 5 is zero. Information about the position of the door leaf can therefore also be obtained from the kinetic variables, speed v, acceleration a and jerk j.
  • kinetic energy E Q is still stored in the spring 20 and, as is shown schematically in FIG Spring 20.
  • the rebound is on the one hand an additional load on the spring 20 and can lead to spring wear.
  • the reverberation receives information about the state of the spring 20 and can thus be used for monitoring the spring.
  • the system for example as shown in FIG. 4 (right-hand side), can be viewed as a damped spring-mass-spring system.
  • Equation (4) t denotes the time x 0 is the initial, inertia-based deflection from the equilibrium position
  • T is the period of the oscillation
  • d is the decay constant of the oscillation
  • m is the oscillating mass of the system.
  • the decay constant describes how the amplitude of the oscillation decreases over time.
  • the spring constant C F of the system is calculated from the spring constant C F1 of the first spring Fl and the spring constant C F2 of the second spring 2 as follows:
  • G denotes the shear modulus
  • d D denotes the wire diameter
  • d F denotes the spring diameter
  • n F the number of turns.
  • Equation 7 m F1 and m F2 denote the mass of the springs F1 and F2, and msensor denotes the mass of the monitoring device 5.
  • the jerk j, the acceleration a and the speed v can be calculated according to equation 1.
  • a change in a property of the spring 20 can be identified, for example a deformation of the spring 20 (as shown in FIG. 5C) or a spring break (as shown in FIGS. 5D and 5E).
  • a deformation of the spring 20 can, for example, cause a property change to the effect that the spring constant C F of the system decreases or the damping constant D of the system increases and this results in a decrease in the oscillation frequency w and / or the oscillation amplitude.
  • a change in the properties of the spring 20 to the effect that the spring constant C F increases or the damping constant D decreases can lead to an increase in the oscillation frequency w and / or the oscillation amplitude.
  • the above parameters are not the only ones that have an effect on the vibration behavior.
  • the preload of the spring 20 and the kinematics of the door leaf movement also have an effect on the vibration behavior.
  • Fig. 6A shows a schematic representation of the location x of the monitoring device 5 as a function of time t when closing the door 1 for an intact spring (solid line), for a deformed spring (dotted line) and a broken spring (dash-dotted line) .
  • 6B and 6C show the speed v (t) and the acceleration a (t) of the monitoring device 5, respectively.
  • the deformation is for example, in such a way that the spring constant C F is reduced and the damping constant D remains the same. Other changes in the spring can also increase the spring constant C F and / or change the damping constant D.
  • the vertical dash-dot line 71 indicates the point in time at which the door leaf 10 reaches the floor and the closing process has ended.
  • the area to the left of this shows the end phase of a closing process in which the door leaf 10 moves, for example, at a substantially constant speed downwards in the direction of the floor.
  • the spring 20 expands and the monitoring device 5 moves upwards (see also FIG. 3). To the right of this the swinging of the spring is illustrated.
  • 7 ⁇ and 51 denote the period and decay constant of the oscillation of the intact spring and T 2 and 52 denote the period of the oscillation of the disturbed spring.
  • a limit value T s (a failure threshold in the sense of the invention) can be defined, the exceeding of which indicates a fault in the spring.
  • an evaluation value e.g. T
  • a comparison of this can be made with the corresponding predetermined failure threshold value (e.g.
  • T s or a failure threshold value range a failure of the spring 20 he know or anticipate.
  • a similar procedure can also take place based on the measured speed v, the measured acceleration a, the measured jerk j, or a combination thereof.
  • a limit value for the decay constant 5 S can also be defined.
  • a spring break as shown in FIGS. 5D and 5E (it is assumed by way of example that the spring break is above the monitoring device 5) can lead to the location of the monitoring device 5 becoming more pronounced than during post-oscillation an intact spring changes (see. Figures 5 and 6A), because due to the lack of counter force, the monitoring device 5 is pulled towards the ground.
  • a position of the monitoring device 5 can change, for example because the spring stump 28 tilts with respect to its longitudinal axis 26, that is, changes its position wink lig to the vertical. Due to the lack of a counterforce, the monitoring device can also be exposed to higher acceleration in the direction of the ground for longer, which in turn can lead to a higher speed.
  • a position limit 72, xs, a speed limit value 73, v s, or an acceleration threshold value 74, as, determine, may be based on which a broken spring distinguished from an intact spring.
  • These limit values are also failure threshold values within the meaning of the invention.
  • FIG. 7A shows a top view of an exemplary monitoring device 5 according to the invention and FIG. 7B shows a side view thereof.
  • the monitoring device 5 has: a sensor board 51, on the sensor board 51 a sensor device 52 for detecting at least one physical variable and an evaluation device 53 for evaluating the physical variable.
  • the sensor device 52 has at least one sensor for detecting a location x, a position and / or kinetics (e.g. speed v, acceleration a, jerk /) of the monitoring device 5, as well as optionally a signal conditioning unit (not shown).
  • the sensor can be, for example, an acceleration sensor, for example a piezoelectric acceleration sensor or a MEMS acceleration sensor, or an acceleration sensor based on magnetic induction.
  • the signal conditioning unit can process the electrical signal output by the sensor (for example digital acceleration data), for example filter it, amplify it or convert it into absolute measured values (for example in G). In the case of several physical kinetic parameters detected, the signal conditioning unit can also multiplex the electrical signals.
  • the monitoring device 5 can also have a communication device 54 on the sensor board 51 for wireless transmission of the detected physical variable and / or a monitoring signal relating to the result of an evaluation thereof.
  • This communication device can be, for example, a radio chip with an integrated or separate antenna.
  • the monitoring device 5 can have, for example on an underside of the sensor board 51, an energy supply device 55, for example a battery with a voltage stabilizer, for supplying energy to the sensor device 52 and the evaluation device 53.
  • the sensor board 51 can have a memory device 56 for storing a serial number. The serial number can be read from the memory device 56 on request.
  • the evaluation device 53 can also have a computing unit.
  • the computing unit is used to implement the processes described in FIGS. 6A-C.
  • the computing unit can convert the data from an acceleration sensor by integrating it into a speed value relating to the vibration.
  • the computing unit can then compare this numerical speed value (an example of an evaluation value) with a predetermined speed limit value or a speed value range. If the predetermined speed limit value is exceeded (or deviates from a speed value range), the processing unit triggers a monitoring signal, which is then transmitted to the gate control device 4 immediately after the speed limit value is exceeded, for example by means of the communication device 54. This can then react appropriately to the failure or the anticipated failure, for example by changing the movement parameters of the door leaf movement.
  • the evaluation device 53 can also be set up to read a first serial number, which can be clearly assigned to the spring 20, from the storage device 56 and with a second serial number which can be clearly assigned to the door 1 is to compare and provide a result of the comparison (for example in the form of a control signal) to the gate control device 4, for example to be transmitted by means of the communication device 54, so that it can react appropriately.
  • a suitable reaction can be, for example, to output an error signal and / or to switch off the drive device 3 if, as a result of the comparison, there is a discrepancy between the first serial number and the second serial number.
  • the monitoring device 5 is preferably adapted to the spring 20 to be monitored in terms of shape and size.
  • the diameter of the sensor board 51 can essentially correspond to an average coil diameter of the spring 20 and, in particular in the case of a helical spring, be circular.
  • the consumers in the monitoring device 5 are also designed in such a way that a reliable power supply is guaranteed.
  • the electronic components in the monitoring device 5 are preferably / optionally designed in such a way that they have a very low power consumption (preferably in the pW range) and are likewise preferably only supplied with current when required.
  • Such electronic components for example DC-DC converters or microprocessors, are available, for example, as so-called “ultra low-power” components.
  • the door in the system according to the invention with a door which was explained above as a roller door, can also be, for example, a folding door or a folding door.
  • a door which was explained above as a roller door
  • it includes all gates in which gate leaves experience a defined movement or a predetermined path.
  • the monitoring device 5 can be accommodated on any part of the spring 20.
  • the monitoring device can also have further assemblies, for example display elements with low energy consumption.
  • balancing devices or springs 20 have been provided on the sides of the door opening. This can be of advantage in particular for door leaves with larger widths in order to reduce one-sided loads on the arrangement. However, the equilibrium compensation device can also only be seen on one side.
  • the spring 20 was written as a helical spring.
  • coil springs it is also possible instead of coil springs to provide other fe derelastic elements such. B. stretchable straps etc.
  • the tension element 21 does not have to be designed in the form of a band, but can also be in the form of a chain or the like.
  • a dimensionally stable material such as a metal in particular, is preferable.
  • the guide devices 36 do not have to be mounted on the winding pallet 32, but can also be mounted on a separate bearing shaft.
  • the motor 31 does not drive the winding pallet 32 and / or the separate storage pallet directly, but indirectly via toothed belts, chains, gears, etc.
  • a direct drive of these components is preferable.
  • the physical quantities were determined based on a swing along the longitudinal direction of the spring.
  • an oscillation along a direction deviating from the longitudinal direction of the spring could also be used.
  • the evaluation device 53 is provided on the sensor board 51. However, it can also be provided as a separate device and, for example, be in the gate control device 4.
  • the door leaf 10 shown in Fig. 1 can move from bottom to top and vice versa.
  • the invention also includes goals whose door leaves can move in other directions, for example sideways.

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Abstract

Feder mit einer Überwachungsvorrichtung, System mit einem Tor und der Feder mit der Überwachungsvorrichtung, sowie Verfahren hierfür Eine Feder (20), insbesondere eine Feder (20) in einer Gewichtsausgleichseinrichtung eines Tors (1), weist das Folgende auf: eine Überwachungsvorrichtung (20), welche wiederum das Folgende aufweist: eine an einem schwingenden Teil der Feder (20) vorgesehene Sensorplatine (51); eine auf der Sensorplatine (51) vorgesehene Sensoreinrichtung (52) zum Erfassen zumindest einer physikalischen Größe der Feder (20) beim Schwingen der Feder (20); und eine Auswerteeinrichtung (53) zum Auswerten der erfassten physikalischen Größe. Die Auswerteeinrichtung (53) ist derart eingerichtet, dass ein Versagen der Feder (20) erkannt oder antizipiert werden kann.

Description

Beschreibung
Feder mit einer Überwachungsvorrichtung, System mit einem Tor und der Feder mit der Überwachungsvorrichtung, sowie Verfahren hierfür
Die Erfindung betrifft eine Feder mit einer Überwachungsvorrichtung, ein System mit einem Tor, insbesondere einem motorisch angetriebenen Hubtor, und der Feder mit der Überwachungsvorrichtung, sowie ein Verfahren zur Überwachung eines Schwin gungsverhaltens einer Feder.
Hubtore sind in der Praxis vielfach bekannt und seit langem bewährt. Sie dienen als Abschluss für Toröffnungen unterschiedlichster Art im privaten und gewerblichen Be reich und umfassen ein eine Toröffnung abdeckendes Torblatt, welches in vertikaler Richtung von einer Offenstellung (offenen Position) in eine Schließstellung (geschlos- sene Position) und umgekehrt bewegbar ist.
Als Beispiel eines Hubtores ist ein Rolltor bekannt, das herkömmlicherweise auf weist: ein Torblatt, welches aus gegeneinander abwinkelbaren Lamellen besteht, die an den beiden Seitenrändern der Toröffnung mittels vertikaler Führungsschienen in die Schließstellung geführt werden; eine Wickelwelle, an der das Torblatt befestigt ist und mittels derer das Torblatt in die Offenstellung hochgefahren und aufgewickelt wird; und einen elektromotorischen Antrieb.
Zur Ausbalancierung des Torblattgewichts bei einem Rolltor ist es bekannt, Ge- wichtsausgleichseinrichtungen vorzusehen. Diese weisen typischerweise Federn auf, welche bei geschlossenem Tor unter maximaler Vorspannung stehen und daher die Öff nungsbewegung des Torblatts unterstützen. Damit lässt sich eine Reduzierung der erfor derlichen Antriebsdrehmomente bei der Betätigung eines solchen Rolltores erreichen, und es lässt sich bei richtiger Einjustierung der Anordnung ein unvermittelter Absturz des Torblatts im Störunge falle verhindern. Hierzu wird die Vorspannkraft der Feder üblicherweise so gewählt, dass sie das jeweilige Gewicht der freien Torblattlänge, also des noch nicht aus der Toröffnung her ausbewegten Torblattabschnitts, bis zu einem gewünschten Ausgleichspunkt in jedem Falle übersteigt. Dadurch bewegt sich das Torblatt selbsttätig bis zu einer Offenstellung, wenn aufgrund eines Defekts im Antriebsmechanismus oder durch eine manuelle Entrie gelung beispielsweise im Falle eines Stromausfalls keine Sperrwirkung durch den Antrieb mehr gegeben ist.
Es ist zum Beispiel bekannt, Torsionsfedern für den Gewichtsausgleich einzuset zen. Diese sind koaxial zu einer Führungseinrichtung angeordnet und in der Schließstel lung des Torblatts vollständig gespannt sowie bei geöffnetem Torblatt entsprechend ent spannt.
Überdies sind Gewichtsausgleichseinrichtungen von einer Bauart bekannt, wie sie beispielsweise in der EP 0 531327 Bl erläutert ist. Diese weist als Feder typischerweise eine Schraubenfeder auf, sowie ein daran befestigtes Zugelement, in der Regel in der Gestalt eines Kabels, Bandes oder einer Kette. Das untere Ende des Federelements ist dabei fest mit dem Boden verbunden, während dessen oberes Ende durch das Zugelement mit einer sturzseitig am Rolltor angeordneten Wickelwelle gekoppelt ist. Das Zugelement wird dabei im Zuge des Schließvorgangs des Rolltors auf diese Wickelwelle mit direkt aufeinander vorliegenden Lagen aufgewickelt, so dass sich das Federelement zunehmend spannt. Andererseits ist die Öffnungsbewegung des Torblatts mit einem Abwickelvor gang des Zugelements von der Wickelwelle verbunden, so dass sich hierbei eine Entspan nung der Feder ergibt. Die Wickelwelle ist dabei mit dem Antrieb des Rolltores gekop pelt.
Zum Abschluss hochfrequentierter Toröffnungen kommen insbesondere im ge werblichen Umfeld schnelllaufende Hubtore zum Einsatz. Bei solchen werden die Tor blätter mit großen Hüben, vielfach einige Meter, bewegt. Aufgrund der häufig erreichten hohen Betätigungsgeschwindigkeit von mehr als 2 m/s ist es zumeist möglich, derartige schnelllaufende Tore zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchfahrten eines Gabel staplers oder dergleichen zu schließen und so einen Schutz gegen Witterungseinflüsse, Zugluft oder einen Verlust der klimatisierten Atmosphäre in einem Raum herzustellen.
Die mit den schnellen Torbewegungen einhergehende erhöhte mechanische Belas tung der Antriebskomponenten des Tors fuhrt jedoch zu dem Problem, dass die Ausfall- wahrscheinlichkeit der Antriebskomponenten steigt. So können die Zugelemente, Federn, Lagerungen und Halterungen verschleißen und im schlimmsten Fall reißen bzw. brechen, was zu einem unerwünschten Absturz des Torblatts führen kann. Dadurch entsteht ein großes Sicherheitsrisiko.
Überdies ist ein Öffnen oder Schließen des Tors bzw. ein Passieren der Tordurch fahrt dann nicht mehr möglich. Dadurch kann einem Nutzer, wie beispielsweise einer Spedition, ein nicht unbeträchtlicher wirtschaftlicher Schaden entstehen.
Um dies zu vermeiden werden Torvorrichtungen heutzutage regelmäßig gewartet, wobei das Wartungsintervall derart kurz angesetzt wird, dass ein vollständiger Funkti- onsverlust aufgrund einer Beeinträchtigung durch Umwelteinflüsse, kleineren Beschädi gungen oder Verschleiß annähernd ausgeschlossen werden kann. Eine solche Wartung und manuelle Überwachung der Torfünktionen, insbesondere der sicherheitsrelevanten Funktionen, ist jedoch zeit- und kostenintensiv. Zudem müssen bei der Wartung oft die verschließanfälligen Komponenten und Bauteile des Tores ausgetauscht werden, weshalb bei zu kurz angesetzten Wartungs Intervallen nachteilhaft noch nicht austauschbedürftige Komponenten und Bauteile zu früh ausgetauscht werden.
Im Hinblick darauf ist aus DE 10 2015 107 416 A1 ein System zur Überwachung der Torführungsqualität bekannt, das mittels eines direkt an einem Torblatt angebrachten Sensors eine Beschleunigung bzw. Vibration des Torblattes bei Bewegung, das heißt während des Öffnens bzw. des Schließens, erfasst. Dadurch lässt sich ein Reibungsgrad zwischen dem Torblatt und der Torführung und/oder ein Abnutzungsgrad der Lagerkom- ponenten der Torvorrichtung bestimmen, und mithin die Funktionsfähigkeit der Torvor richtung überwachen, so dass eine Beeinträchtigung der Bewegungsfreiheit des Torblat tes frühzeitig erkannt und zur Vermeidung von Folgeschäden behoben werden kann.
Eine Belastung der Feder als wesentliche Komponente der Gewichtsausgleichsein richtung findet allerdings nicht nur bei Bewegung des Torblatts statt, sondern auch bei dem Erreichen der jeweiligen Endlage aufgrund eines starken Nachschwingens der Feder bei Stillstand des Torblatts. Damit verbunden ist ein weiteres Versagensrisiko.
Insofern ist die Feder bei einer Toreinrichtung eine kritische Komponente, deren Ausfall Gefahr für Mensch und Technik bedeuten kann.
Überdies werden die Federn mit variierenden Federeigenschaften anlagenspezi fisch, individuell für jedes Tor aufgrund des Typs, des Torblattgewichts, der Öffnungs und Schließgeschwindigkeit berechnet und gefertigt. Auch fehlerhaft vorgesehene, nicht passende, oder sich mit der Zeit verändernde Federeigenschaften stellen ein Problem dar, da die Federeigenschaften genau abgestimmt sein müssen.
Werden weiterhin Federn eingesetzt, welche nicht für die konkrete Toranlage vor gesehen sind, kann sich daraus ein Sicherheitsrisiko ergeben.
Ein weiteres Problem ist grundsätzlich auch die Energieversorgung von am Torblatt angebrachten Sensoren. Die Stromversorgung für Sensoren am Torblatt erfolgt regelmä ßig mittels Spiral- oder Schleppkabel, oder mittels im Torblatt eingebauten Energieket ten. Diese sind aber einer starken mechanischen Alterung bzw. Verschleiß unterworfen, da insbesondere bei schnelllaufenden Toren die Bewegungsbelastung groß ist. Zudem ist für den Einsatz von Kabeln und Energieketten ein hoher konstruktiver Aufwand erforder lich, was mit entsprechenden Kosten verbunden ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zur Erhöhung der Betriebssicherheit eines Tors mit Federn vorzusehen. Dabei können die weiteren Zielsetzungen vorgesehen sein, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zur Erhöhung der Betriebssicherheit eines Tors mit Federn vorzusehen, welche zuverlässig und/oder kostengünstig sind.
Die Betriebssicherheit des Tors kann insbesondere die Aspekte der Erfassung von Verschleiß, der Erfassung von kritischen Schäden an der Tormechanik, der Erfassung von Wartungsfehlern und/oder der Erfassung des Langzeitverhaltens der Tormechanik bein halten.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Aspekte und vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen An sprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Feder mit einer Überwachungsvorrich- tung vorgesehen, wobei die Überwachungsvorrichtung das Folgende aufweist: eine an einem schwingenden Teil der Feder vorgesehene Sensorplatine; eine auf der Sensorpla tine vorgesehene Sensoreinrichtung zum Erfassen zumindest einer physikalischen Größe der Feder beim Schwingen der Feder; eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten der er fassten physikalischen Größe, wobei die Auswerteeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein Versagen der Feder erkannt oder antizipiert wird. Eine Sensorplatine kann beispiels weise aus dem bekannten Material FR4 bestehen und Leiterbahnen, Lötstellen und ein- oder zweiseitig darauf angebrachte aktive und/oder passive Bauteile aufweisen.
Eine Feder bezeichnet hierin allgemein ein elastisch verformbares Bauteil, welches durch Verformung mechanische Energie speichert und vorzugsweise zum Ausbilden ei ner Gewichtsausgleichseinrichtung geeignet ist. Der Begriff „Feder“ kann sowohl ein Fe derelement, eine Einzelfeder oder ein Federpaket, welches mehrere Einzelfedem umfasst, bezeichnen. Die Feder kann eine Längsachse auf weisen, und diese kann auf Zug und/oder Druck mit einer Rückstellkraft reagieren. Wird ein Teil der Feder aus einer Ruhelage ausgelenkt und losgelassen, kommt es unter anderem aufgrund der Rückstellkraft zu ei nem charakteristischen Schwingen der Feder. Ein charakteristisches Schwingen der Feder kann sowohl ein Schwingen der gesamten Feder als auch ein Schwingen eines Teils der Feder bezeichnen. Eine beim Schwingen der Feder erfasste physikalische Größe der Fe der basiert auf einer Eigenschaft der Feder, die bezugnehmend auf die übliche Definition der Grundlagenphysik die Federkonstante D beinhalten kann. Aus der derart erfassten physikalischen Größe lässt sich somit eine Information über eine Eigenschaft der Feder gewinnen, zum Beispiel über deren mechanische Stabilität. Die Feder kann beispiels weise eine Schraubenfeder sein.
Ein Erkennen eines Versagens der Feder bezieht sich auf ein Erkennen eines Feder bruches oder einer anderen nachteiligen Eigenschaftsänderung der Feder. Nachteilig ist eine Eigenschaftsänderung, wenn sie den bestimmungsgemäßen Gebrauch der Feder ne gativ beeinflusst. Ein Antizipieren eines Versagens betrifft ein Erkennen eines anstehen den Versagens, bevor es tatsächlich eingetreten ist. Ein Versagen lässt sich erkennen bzw. antizipieren, indem zumindest eine physikalische Größe der Feder beim Schwingen der Feder mittels der Sensoreinrichtung erfasst und mittels der Auswerteeinrichtung derart ausgewertet wird, dass ein potentielles Schadensereignis, beispielsweise ein Federbruch, vor dessen Auftreten mit einer hohen Wahrscheinlichkeit vorhergesagt werden kann. Bei spielsweise bei Federn mit einem vordefinierten Verhalten kann eine Grenze oder ein Schwellwert betreffend zumindest einer physikalischen Größe durch Experimente be stimmt werden, bei der ein Versagen mit einer Wahrscheinlichkeit eintritt, die für den üblichen Betrieb eines Tores nicht mehr akzeptabel ist. Dabei gelten insbesondere für (schnelllaufende) Rolltore die üblichen Regeln für sicherheitstechnische Einrichtungen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung derart ein gerichtet, dass diese das Versagen der Feder erkennt oder antizipiert, indem das Nach schwingverhalten der Feder nach einer Beanspruchung der Feder, beispielsweise nach einer Dehnung oder Stauchung entlang einer Längsachse der Feder, ausgewertet wird; und die Auswerteeinrichtung ist derart eingerichtet ist, dass diese ein positives Überwa chungssignal ausgibt, falls das Versagen der Feder antizipiert oder erkannt wird. Das Nachschwingungsverhalten bezeichnet das Verhalten der Feder nach deren Beanspru chung, während sich der Begriff des Schwingungsverhaltens ganz allgemein auf deren Schwingungsverhalten beispielsweise auch während deren Beanspruchung bezieht. Ein positives Überwachungssignal bezeichnet ein Signal, welches geeignet ist, ein Versagen oder ein anstehendes Versagen der Feder anzuzeigen. Als Nachschwingen kann dabei insbesondere auch das Schwingen bezeichnet werden, welches nach dem Ende der Beanspruchung der Feder beim Übergang in die Ruhelage auftritt, beispielsweise wenn bei einem Schließ- bzw. Öffnungsvorgang das Torblatt eine Endlage erreicht hat. Eine Endlage des Torblatts ist von dem jeweiligen Öffnungs- und Schließgrad des Tores ab hängig. Dieses kann vollständig oder teilweise geschlossen bzw. geöffnet sein. Ein Nach schwingen der Feder kann aufgrund der üblichen (physikalischen) Charakteristika der Feder beim Nachschwingen erkannt werden. Beispielsweise kann ein Abnehmen der Schwingungsamplitude über zumindest zwei Perioden (wiederum beispielsweise mittels Schwellwerten) erkannt werden, oder es kann eine Korrelationsanalyse zumindest einer der erfassten Größen erfolgen. Näheres hierzu wird nachstehend mit Bezug auf die Figu ren erläutert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der schwingende Teil der Feder der mittlere Bereich der Feder zwischen 30 % und 70 % der Gesamtlänge der Feder. Die Gesamtlänge der Feder bezeichnet den Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden En den der Federn entlang einer Längsachse der Feder. Das Erfassen der zumindest einen physikalischen Größe der Feder basierend auf einer Schwingung in einem mittleren Teil der Feder kann vorteilhaft in Hinblick auf ein Erkennen bzw. Antizipieren eines Feder versagens sein.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die zumindest eine physikalische Größe zumindest eines von einem Ort, einer Geschwindigkeit, einer Beschleunigung, ei nem Ruck der Sensoreinrichtung und einer Lage der Sensorplatine.
Unter „Ort“ wird die Position im Raum und unter „Lage“ die Orientierung im Raum verstanden. Ein Körper kann seine Lage durch Verdrehung ändern, ohne seinen Ort zu ändern und umgekehrt. Der Zusammenhang zwischen Ruck/(t) (vgl. die klassische Mechanik zum Begriff des Rucks), Beschleunigung a(t), Geschwindigkeit v(t) und Ort x(t ) kann mathema tisch mit folgender Gleichung beschrieben werden:
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(Gleichung 1)
So ist beispielsweise die Geschwindigkeit die erste Ableitung (d. h. die Änderung) des Ortsvektors nach der Zeit, die Beschleunigung die erste Ableitung der Geschwindig keitsvektor nach der Zeit, und der Ruck die erste Ableitung des Beschleunigungsvektors nach der Zeit.
Der Begriff "Beschleunigung" wird vorliegend allgemein, also auch im Sinne von "bremsen" beziehungsweise "verzögern" gebraucht, es sei denn der Sachverhalt lässt zwingend auf etwas anderes schließen.
Kommt es zu einem Federbruch oder einer sonstigen Veränderung einer Eigen schaft der Feder, so kann sich dadurch ein Ort, eine Geschwindigkeit, eine Beschleuni gung und/oder ein Ruck der Sensoreinrichtung und/oder eine Lage der Sensorplatine än dern, im Vergleich zu einer Feder mit „normalen“ Eigenschaften. Somit lässt sich ein Versagen der Feder erkennen und/oder antizipieren.
Ein Mittel zum Erfassen der physikalischen Größe kann beispielsweise ein Be schleunigungssensor sein, welcher die Beschleunigung der Sensoreinrichtung entlang ei ner Längsachse der Feder misst. Der Beschleunigungssensor kann beispielsweise ein pie zoelektrischer Beschleunigungssensor oder ein MEMS-Beschleunigungssensor sein. Mit einem derartigen Sensor kann die Beschleunigung der Sensoreinrichtung recht genau und mit hoher Abtastrate (beispielsweise > 50 Hz) bestimmt werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu einge richtet, basierend auf der zumindest einen erfassten physikalischen Größe, zumindest ei nen Auswertewert zu bestimmen und diesen mit einem entsprechenden vorgegebenen Versagensschwellenwert oder Versagenswertbereich zu vergleichen, und die Überwa chungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, wenn eine Vergleichsbedingung erfüllt ist, ein Überwachungssignal auszugeben, das das Versagen indiziert. Der Auswertewert kann auch eine Mehrzahl von berechneten Einzelwerten beinhalten, beispielsweise kann dieser in einer Programmsoftware ein Array bzw. eine Zahlenfolge von physikalischen Größen beinhalten.
Ein solcher Vergleich kann beispielsweise mittels eines Komparators oder eines digitalen Vergleichs erfolgen oder auch mittels komplexerer Vergleichsmethoden (bei spielsweise mittels eines Mustervergleichs oder mittels Berechnungen über neuronale Netze) erfolgen. Eine Vergleichsbedingung kann beispielsweise sein, dass der Auswerte wert einmalig oder eine vorgegebene Zeitdauer den vorgegebenen Versagensschwellen wert überschreitet oder in dem Versagenswertbereich liegt. Abhängig davon, wie der Ver sagensschwellenwert oder Versagenswertbereich definiert ist, kann die Vergleichsbedin gung aber auch lauten, dass der Auswertewert einmalig oder eine vorgegebene Zeitdauer den vorgegebenen Versagensschwellenwert unterschreitet oder außerhalb dem Versa genswertbereich hegt.
Ein Auswertewert kann beispielsweise eine Amplitude der Schwingung und/oder eine Frequenz bzw. Periodendauer der Schwingung sein und/oder eine Dauer des Nach schwingens sein. Der Auswertewert kann auch ein Mittelwert der Amplitude der Schwin gung nach zumindest zwei Torhüben sein, um Störeinflüsse zu beschränken. Der Aus wertewert kann zudem eine Mehrzahl von Einzelwerten beinhalten. Mögliche Ausfüh rungsformen der Erfindung sind aber nicht auf diese beispielhaft genannten Auswerte werte beschränkt. Geeignete Auswertewerte können beispielsweise Werte sein, welche Rückschlüsse auf eine Eigenschaft der Feder geben. Der Auswertewert kann auch ver wendet werden, um ein Nachschwingen der Feder zu erkennen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist auf der Sensorplatine ferner vorgese hen: eine Kommunikationseinrichtung zur drahtlosen oder drahtgebundenen Übertragung der zumindest einen physikalischen Größe und/oder eines Überwachungssignals betref fend des Ergebnisses der Auswertung; und eine Energieversorgungseinrichtung, vorzugs weise eine Batterie mit Spannungskonstanter, zur Energieversorgung der Sensoreinrich- tung und der Auswerteeinrichtung.
Insbesondere bei einer Kommunikationseinrichtung zur drahtlosen Kommunika tion sind somit keine Verkabelungen zur Stromversorgung der Überwachungsvorrichtung und zur Übertragung des Überwachungssignals zu einer zweiten, von der Überwachungs vorrichtung gesonderten Vorrichtung erforderlich, womit erheblicher konstruktiver Auf wand und auch das Risiko von Kabelbrüchen verringert wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Sensorplatine ferner eine Spei chervorrichtung auf, welche eine erste Seriennummer enthält, welche der Feder eindeutig zuordenbar ist, und die Auswerteeinrichtung ist dazu eingerichtet, die erste Seriennum mer mit einer zweiten Seriennummer zu vergleichen, um ein Steuersignal bereitzustellen, welches eine Übereinstimmung und/oder eine Abweichung der ersten Seriennummer von der zweiten Seriennummer indiziert. Dadurch lässt sich beispielsweise sicherstellen, wie weiter unten näher beschrieben, dass in einer Toranlage nur dafür geeignete Federn ein gebaut werden. Der Vergleich kann beispielsweise wie oben beschrieben erfolgen.
Erfindungsgemäß ist ferner ein System mit einem Tor, insbesondere einem Hubtor, vorgesehen, welches aufweist: ein Torblatt, welches eine Toröffnung abdeckt und zwi schen einer offenen Position und einer geschlossenen Position bewegbar ist; eine An triebseinrichtung zum Bewegen des Torblatts zwischen der offenen Position (Offenstel lung) und der geschlossenen Position (Schließstellung); eine Torsteuereinrichtung zum Steuern der Antriebseinrichtung; eine mit dem Torblatt verbundene Feder mit Überwa chungsvorrichtung, wobei die Feder dazu eingerichtet ist, eine Kraft zu erzeugen, welche einer Gewichtskraft des Torblattes entgegenwirkt, wobei die durch die Feder erzeugte Kraft in der geschlossenen Position größer als in der offenen Position ist; und wobei die Überwachungsvorrichtung dazu eingerichtet im Falle des Erkennens oder des Antizipie- rens des Federversagens ein Überwachungssignal an die Torsteuereinrichtung zu übertra gen. Ein Tor im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung mit einem beweglichen Tor blatt, welches eine Toröffnung abdeckt, insbesondere ein Hubtor. Ein erfindungsgemäßes Tor ist beispielsweise ein Rolltor, bei dem das Torblatt, welches eine Mehrzahl von be weglich miteinander verbundenen Einzelelementen (Lamellen) umfasst, in seitlich ange brachten Führungen geführt ist.
Diese Bewegung des Torblattes wird durch die Antriebseinrichtung des Tors be wirkt, welche beispielsweise einen leistungsfähigen Elektromotor, einen pneumatischen Hubzylinder oder eine Hydraulik aufweist. Weiter kann die Antriebseinrichtung weitere mechanische Komponenten aufweisen, wie zum Beispiel Getriebe, Riemen oder Kopp- lungsglieder.
Die Torsteuereinrichtung kann zur halb- oder vollautomatischen Steuerung der An triebseinrichtung eingerichtet sein. Eine derartige Torsteuereinrichtung weist einen Mik rocomputer mit Steuerprogrammen (Software) auf, welche den Öffnungs- und Schließ- betrieb sowie verschiedene Bedien- und/oder Sicherheitsroutinen vorsehen. Alternativ kann die Torsteuereinrichtung fest verdrahtet ausgeführt sein.
Das erfindungsgemäße System mit Tor ermöglicht es, bei einem erkannten oder antizipierten Versagen der Feder der Torsteuereinrichtung angemessen auf das erkannte oder antizipierte Versagen der Feder zu reagieren.
Eine angemessene Reaktion kann beispielsweise sein, bei einem erkannten oder an tizipierten Federversagen einen Betrieb des Tores zu unterbrechen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Torsteuereinrichtung somit dazu eingerichtet sein, die Antriebseinrichtung abzuschalten, wenn das Überwachungs signal ein Federversagen anzeigt. Eine angemessene Reaktion kann beispielsweise auch sein, bei einem erkannten Federbruch und eines damit verbundenen Torblattabsturzes mittels eines NOT-STOP- Mechanismus ein Abstürzen eines Torblattes innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne zu stoppen, beispielsweise indem eine Motorbremse und/oder mechanische Verriege lungsbolzen von der Torsteuereinrichtung ausgelöst werden. Damit wird der Absturz des Tors nicht nur erfasst, sondern auch möglichst schnell gehemmt.
Ein Absturz des Torblatts ist eine ungewollte, beziehungsweise nicht beabsichtigte Bewegung des Torblatts. Eine übliche Absturzrichtung ist beispielsweise gravitationsbe dingt nach unten Richtung Boden gerichtet.
Eine angemessene Reaktion kann beispielsweise auch sein, eine Bewegung des Torblatts zu modifizieren, beispielsweise derart, dass eine Belastung der Feder reduziert wird. Beispielsweise können die Beschleunigungsgrenzwerte für die Bewegung des Tor blatts reduziert werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Torsteuereinrichtung somit dazu eingerichtet sein, die Antriebseinrichtung derart zu steuern, dass eine durch eine Bewegung des Torblattes ausgelöste und mittels der Überwachungsvorrichtung erfasste Schwingung der Feder, insbesondere ein Nachschwingen der Feder, aufgrund einer Be schleunigung oder eines Abbremsens des Torblattes verringert wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist das System mit Tor ferner das Fol gende auf: eine erste Seriennummer, welche der Feder eindeutig zuordenbar ist; und eine zweite Seriennummer, welche dem Tor eindeutig zuordenbar ist. Die Überwa chungsvorrichtung ist ferner dazu eingerichtet, die erste Seriennummer mit der zweiten Seriennummer zu vergleichen und ein Ergebnis des Vergleichs der Torsteuereinrichtung zu übertragen. Die Torsteuereinrichtung ist dazu eingerichtet, ein Fehlersignal auszuge ben und/oder die Antriebseinrichtung abzuschalten, wenn als Ergebnis des Vergleichs eine Abweichung der ersten Seriennummer von der zweiten Seriennummer vorliegt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass nur Federn in dem für den Einsatz be stimmten Tor eingesetzt werden bzw. dass das Tor nur mit dafür geeigneten Federn be trieben wird.
Überdies hat ein erfindungs gemäßes System mit Tor den Vorteil, dass eine Bewe gungsamplitude, der die Überwachungsvorrichtung bei der Überwachung der Feder un terworfen ist, wesentlich geringer ist als in einem Fall, wo der Sensor direkt am Torblatt angebracht ist. Mithin ist selbst eine Energieversorgung mittels Spiral- oder Schleppkabel weniger problematisch, da die Bewegungsbelastung auf die Kabel geringer ist.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zur Überwachung des Schwingungsver haltens einer Feder vorgesehen, welches die folgenden Schritte aufweist: Erfassen des Schwingungsverhalten einer Feder mit einer Überwachungseinrichtung mittels einer auf einer Sensorplatine vorgesehenen Sensoreinrichtung, wobei die Sensorplatine an einem schwingenden Teil der Federvorgesehen ist; Erfassen zumindest einer physikalischen Größe der Feder beim Schwingen der Feder; und Auswerten der zumindest einen physi kalischen Größe derart, dass ein Versagen der Feder erkannt oder antizipiert wird.
Gemäß einer Weiterbildung dessen weist das Verfahren ferner auf: Erkennen des Beginns eines Nachschwingens der Feder nach einer Beanspruchung der Feder, insbe sondere einer Stauchung oder Dehnung; Erfassen der zumindest einen physikalischen Größe der Feder beim Nachschwingen der Feder; und Ausgeben eines positiven Überwa chungssignals, falls das Versagen der Feder antizipiert oder erkannt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens ist die zumindest eine physikalische Größe zumindest eines von einem Ort, einer Geschwindigkeit, einer Beschleunigung, ei nem Ruck der Sensoreinrichtung und einer Lage der Sensorplatine.
Gemäß einer Weiterbildung dessen weist das Verfahren ferner auf: Bestimmen ei nes Auswertewertes basierend auf der zumindest einen erfassten physikalischen Größe; Vergleichen des bestimmten Auswertewertes mit einem entsprechenden vorgegebenen Versagensschwellenwert oder Versagenswertbereich; Ausgeben des positiven Überwa chungssignals, das das Versagen indiziert, wenn eine Vergleichsbedingung erfüllt ist.
Gemäß einer Weiterbildung dessen beinhaltet der Schritt des Auswertens das Durchführen einer Kreuzkorrelation eines erfassten Schwingungsverhaltens der erfassten physikalischen Größe mit einem vorgespeicherten Schwingungsverhalten der erfassten physikalischen Größe.
Das Schwingungsverhalten der Feder kann beispielsweise auch mit einer Muster erkennung oder mit einer Korrelationsfünktion betreffend der erfassten Größen beurteilt werden. Beispielsweise kann die erfasste Größe mit einem „idealen“ vorgespeicherten Schwingungsverhalten beispielsweise mittels einer Kreuzkorrelationsfünktion oder einer Wavelet-Transformation korreliert werden, wobei das Ergebnis der Korrelationsberech nung ein Wert ist, der die Höhe bzw. das Maß einer Ähnlichkeit des erfassten Schwin gungsverhaltens mit dem vorgespeicherten Schwingungsverhalten wiedergibt.
Mathematisch allgemein formuliert ist das Korrelationsintegral als Ergebnis der Be rechnungen die Basis dafür, wie ähnlich sich die zu untersuchenden Funktionen sind. Für dieses Maß bzw. für das Korrelationsintegral kann nun beispielsweise ein einfacher Schwellenwert vorgesehen sein, um zu erkennen, dass das aktuelle Schwingungsverhal ten zu stark von dem vorgespeicherten Schwingungsverhalten abweicht. In anderen Wor ten kann errechnet werden, wie ähnlich das aktuell erfasste Schwingungsverhalten zu ei nem, beispielsweise vorgespeicherten „idealen“ Schwingungsverhalten ist. Dies ist eine effiziente Methode zur Bewertung des Schwingungsverhaltens der Feder, da Abtastfeh ler, Rauschen oder auch kurzfristige Abweichungen in der Erfassung durch externe Stör größen besser kompensiert werden können.
Das vorgespeicherte Schwingungsverhalten als Eingangsgröße für die Kreuzkorre lation kann dabei vorteilhaft beispielsweise mittels eines Erfassungsvorgangs oder mittels Messungen an einer neuen bzw. korrekt funktionierenden Feder erfasst und dann abge speichert werden. In anderen Worten kann die Überwachungsvorrichtung mittels eines Kalibrierungsvorgangs, beispielsweise bei der Neuinstallation des Tores, zumindest ei nen ersten Erfassungsvorgang zum Erfassen eines anfänglichen Schwingungsverhaltens der Feder vornehmen, und das Ergebnis der Erfassung im Speicher hinterlegen.
Das anfängliche Schwingungsverhalten der Feder kann dann in Folge in der Über wachungsvorrichtung dauerhaft als ein Eingang für die Kreuzkorrelationsfunktion ver wendet werden, während aktuelle, bzw. darauf folgende und wiederkehrende, Erfas sungsvorgänge des Schwingungsverhaltens der Feder über die Lebenszeit der Feder als der weitere Eingang für die Korrelationsfunktion verwendet werden kann, welche ebenso wiederholt durchgeführt wird. Durch die Alterung der Feder mit der Zeit wird das Ergeb nis der Korrelationsberechnung eine abnehmende Ähnlichkeit des vorgespeicherten „ide alen“ Schwingungsverhaltens der Feder mit dem aktuell erfassten Schwingungsverhalten der Feder ergeben, welche beispielsweise mit einem Schwellenwert zur Bestimmung oder zum Antizipieren eines Versagens der Feder verglichen werden kann. Als Schwingungs- Verhalten kann beispielsweise eine der vorstehend genannten physikalischen Größen, bei spielsweise die erfassten Beschleunigungswerde, als Funktion über die Zeit verwendet werden die beispielsweise als (programmiertechnische) Arrays als Eingänge für die Kor- relationsfunktion dienen können.
Ein solches Verfahren, vorzugsweise für eine Feder mit einer Überwachungsvor richtung gemäß einer der vorstehenden Aspekte, kann die folgenden Schritte aufweisen: Erfassen zumindest eines Schwingungsverhaltens der Feder bei einer Kalibrierung; Ab- speichem des Schwingungsverhaltens als ein erster Eingang für eine Korrelationsfünk- tion; Erfassen zumindest eines Schwingungsverhaltens der Feder bei einem Betrieb der Feder oder des Tores als ein zweiter Eingang für eine Korrelationsfunktion; Korrelieren des ersten Eingangs mit dem zweiten Eingang um ein Maß der Ähnlichkeit der beiden Eingänge zu ermitteln; optional Vergleich des Maßes der Ähnlichkeit mit einem Schwel lenwert zum Bestimmen oder Antizipieren des Versagens der Feder.
Die Schritte des Erfassens zumindest eines Schwingungsverhaltens der Feder bei einem Betrieb der Feder oder des Tores als ein zweiter Eingang für eine Korrelations- funktion; des Korrelierens des ersten Eingangs mit dem zweiten Eingang um ein Maß der Ähnlichkeit der beiden Eingänge zu ermitteln; und optional des Vergleichs des Maßes der Ähnlichkeit mit einem Schwellenwert zum Bestimmen oder Antizipieren des Versa gens der Feder können vorzugsweise wiederholt durchgeführt werden, während die Ka librierung vorzugsweise ein einmaliger Vorgang bei Inbetriebnahme der Überwachungs vorrichtung ist.
Das vorstehend dargelegte Verfahren realisiert die gleichen Vorteile, welche vor stehend in Bezug auf die Feder mit einer Überwachungsvorrichtung und das System mit Tor beschrieben worden sind, und ist überdies zuverlässiger.
Die erfindungsgemäße Feder mit Überwachungsvorrichtung und das erfindungsge mäße System mit Tor werden nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert.
Die Ausführungsformen und die darin verwendeten Begriffe sollen jedoch nicht dazu dienen, die vorliegende Offenbarung auf bestimmte Ausführungsformen zu be schränken, und sie sollten so ausgelegt werden, dass sie verschiedene Änderungen, Äqui valente und/oder Alternativen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenba rung beinhaltet.
Sollten in der Beschreibung allgemeinere Begriffe für in den Figuren dargestellte Merkmale oder Elemente verwendet werden, so ist beabsichtigt, dass für den Fachmann nicht nur das spezielle Merkmal oder Element in den Figuren offenbart ist, sondern auch die allgemeinere technische Lehre.
In Bezug auf die Beschreibung der Figuren können die gleichen Bezugszeichen in den einzelnen Figuren verwendet werden, um auf ähnliche oder technisch entsprechende Elemente zu verweisen. Weiter können der Übersichtlichkeit halber in einzelnen Detail oder Ausschnittsansichten mehr Elemente oder Merkmale mit Bezugszeichen dargestellt sein als in den Überblicksansichten. Dabei ist davon auszugehen, dass diese Elemente oder Merkmale auch entsprechend in den Überblicksdarstellungen offenbart sind, auch wenn diese dort nicht explizit aufgeführt sind. Es ist zu verstehen, dass eine Singularform eines Substantivs, das einem Gegen stand entspricht, eines oder mehrere der Dinge beinhalten kann, es sei denn, der betref fende Kontext weist eindeutig auf etwas anderes hin.
In der vorliegenden Offenbarung kann ein Ausdruck wie "A oder B", "mindestens einer von A oder/und B" oder "einer oder mehrere von A oder/und B" alle möglichen Kombinationen von zusammen aufgefuhrten Merkmalen beinhalten. Ein in der vorliegenden Offenbarung verwendeter Ausdruck "eingerichtet zu“ kann beispielsweise durch "geeignet für", "geeignet zu", "angepasst zu", "gemacht zu", "fähig zu" oder "entworfen zu" ersetzt werden, je nach dem technisch Möglichen. Alternativ kann in einer bestimmten Situation ein Ausdruck „Vorrichtung eingerichtet zu“ bedeuten, dass die Vorrichtung zusammen mit einer anderen Vorrichtung oder Komponente arbei- ten kann, oder eine entsprechende Funktion ausfuhren kann.
Weiter sind der Übersichtlichkeit halber in den Figuren nicht alle Merkmale und Elemente, insbesondere wenn sich diese wiederholen, einzeln bezeichnet. Es sind viel mehr die Elemente und Merkmale jeweils exemplarisch bezeichnet. Analoge oder gleiche Elemente sind dann als solche zu verstehen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems mit Tor 1, Antriebseinrich tung 3, Torsteuereinrichtung 4, Gewichtsausgleichseinrichtung 2, Feder 20 und Überwachungsvorrichtung 5;
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Systems mit Tor 1, An triebseinrichtung 3, Torsteuereinrichtung 4, Überwachungsvorrichtung 5 und NOT-STOP-Einrichtung 6; Fig. 3 Detailansicht einer Gewichtsausgleichsvorrichtung 2 mit drei Federn 20 und drei Überwachungsvorrichtungen 5 bei zwei unterschiedlichen Torblattstel lungen (links: Offenstellung; rechts: Schließstellung); Fig. 4 Links: Detailansicht einer Feder 20 (Schraubenfeder) mit einer daran vorge sehenen Überwachungsvorrichtung 5; Rechts: Ersatzschaubild zur Modellie rung des Nachschwingverhaltens der Feder 20;
Fig. 5A Schematische Darstellung einer intakten Feder 20 mit Überwachungsvorrich tung 5 in einer Endlage 27 (Gleichgewichtszustand);
Fig. 5B Schematische Darstellung einer intakten Feder 20 mit Überwachungsvorrich tung 5 beim Nachschwingen (oberer Umkehrpunkt); Fig. 5C Schematische Darstellung einer verformten Feder 20 mit Überwachungsvor richtung 5 beim Nachschwingen;
Fig. 5D Schematische Darstellung einer gebrochenen Feder 20 mit Überwachungs vorrichtung 5 in einem ersten Zeitpunkt tl nach Federbruch;
Fig. 5E Schematische Darstellung einer gebrochenen Feder 20 mit Überwachungs vorrichtung 5 in einem zweiten Zeitpunkt t2 nach Federbruch, t2>tl;
Fig. 6A schematische Darstellung des Orts x(t) der an der Feder 20 vorgesehenen Überwachungsvorrichtung 5 bei einem Schließvorgang für eine intakte Feder (durchgezogene Linie), für eine verformte Feder (gepunktete Linie) und für eine gebrochene Feder (strichgepunktete Linie);
Fig. 6B schematische Darstellung der Geschwindigkeit v t ) der an der Feder 20 vor gesehenen Überwachungsvorrichtung 5 bei einem Schließvorgang für eine intakte Feder (durchgezogene Linie), für eine verformte Feder (gepunktete Linie) und für eine gebrochene Feder (strichgepunktete Linie); Fig. 6C schematische Darstellung der Beschleunigung a(t) der an der Feder 20 vor gesehenen Überwachungsvorrichtung 5 bei einem Schließvorgang für eine intakte Feder (durchgezogene Linie), für eine verformte Feder (gepunktete Linie) und für eine gebrochene Feder (strichgepunktete Linie);
Fig. 7A Detaillierte Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung 5 für die Feder 20; Fig. 7B Detaillierte Seitenansicht der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung 5 für die Feder 20.
Beispielhafte Ausführungsformen Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems mit Tor 1 , Feder 20 und
Überwachungsvorrichtung 5.
Das Tor 1 ist beispielsweise ein schnelllaufendes Rolltor, bei dem das Torblatt 10 mit hohen Spitzengeschwindigkeiten, beispielsweise mit mehr als 1 m/s, vorzugsweise mit mehr als 2 m/s, bewegt wird. Das Torblatt 10 des Tores ist in seitlichen Führungen (nicht gezeigt) gehalten und umfasst eine Mehrzahl von gelenkig aneinander gekoppelten Lamellen 11, welche sich senkrecht zu den Führungen über eine Toröffnung erstrecken. Ferner weist das Torblatt 10 ein Abschlusselement 12 auf, welches bodenseitig mit einer Gummidichtung oder dergleichen versehen ist.
Fig. 1 zeigt das Tor 1 beispielsweise in einem vollständig geschlossenen Zustand, in welchem das Torblatt 10 die Toröffnung vollständig abdeckt.
Die Bewegung des Torblatts 10 zwischen seinen Endstellungen wird durch eine Antriebseinrichtung 3 bewirkt. Gesteuert wird die Antriebseinrichtung 3 durch die Tor steuereinrichtung 4. Die Antriebseinrichtung 3 weist einen Motor 31 auf, beispielsweise einen leistungsfähigen Elektromotor, der die Motorleistung mittels einer Antriebswelle 35 in an sich bekannter Weise auf eine sturzseitige Wickelwelle 32 überträgt. Weiter kann die Antriebseinrichtung 3 weitere mechanische Komponenten aufweisen (nicht gezeigt), wie zum Beispiel Getriebe, Riemen oder Kopplungsglieder.
Das Torblatt 10 ist sturzseitig in bekannter Weise mittels einem oder mehreren Ver bindungselementen 37, beispielsweise mit einem Band, mit der Wickelwelle 32 verbun den und kann durch ein Drehen der Wickelwelle 32 in eine Aufwickelrichtung auf die Wickelwelle 32 aufgewickelt werden. Ebenso kann durch ein Drehen der Wickelwelle 32 in eine Abwickelrichtung das Torblatt von der Wickelwelle 32 abgewickelt werden. Die Aufwickelrichtung ist entgegengesetzt zu der Abwickelrichtung. Entsprechend der Pro grammierung der Torsteuereinrichtung 4 kann das Torblatt 10 jede Position zwischen ei ner vollständig geschlossenen und einer vollständig geöffneten Position einnehmen.
Das Tor 1 weist ferner eine Gewichtsausgleichseinrichtung 2 auf. Diese umfasst eine Feder 20, ein Zugelement 21 sowie eine Führungseinrichtung 36, welche an der Wi ckelwelle 32 angebracht ist.
Die Feder 20 ist vorliegend eine Schraubenfeder und ist beispielsweise aus einem hinreichend dicken, in Schraubenform gewickelten Draht bzw. Rundstahl gebildet. Die Feder 20 ist mit ihrem bodenseitigen Ende (zweites Ende 24) am Boden befestigt. Mit ihrem anderen Ende (erstes Ende 23) ist die Feder 20 über einem Befestigungselement 22 fest mit einem Zugelement 21 , beispielsweise einem metallischen Band, verbunden. Das sturzseitige Ende des Zugelements 52 ist um eine Umlenkrolle 25 (in Fig. 3 sichtbar) umgelenkt und an der Führungseinrichtung 36 befestigt, derart, dass infolge eines Abwi- ckelns des Torblatts 10 von der Wickelwelle 32 (Schließvorgang), das Zugelement 21 in überlappenden Lagen auf die Führungseinrichtung 36 aufgewickelt wird, so dass sich die Feder 20 zunehmend spannt und der Gewichtskraft des abgewickelten Teils des Torblat tes 10 entgegenwirkt. Andererseits ist ein Aufwickeln des Torblatts 10 auf die Wickel welle 32 (Öffnungsvorgang) mit einem Abwickeln des Zugelements 52 von der Füh rungseinrichtung 36 verbunden, so dass sich hierbei eine Entspannung der Feder 20 ergibt. Die Gewichtsausgleichseinrichtung 2 kann so eingestellt sein, dass bei geschlosse nem Tor 1 die Feder 20 soweit gedehnt ist, dass ein über das durch die Gewichtskraft des Torblatts 10 hergestellte Moment hinaus überschüssiges Moment vorhanden ist. Hier durch wird erreicht, dass beim Betätigen des geschlossenen Tores 1 das Torblatt 10 auch ohne zusätzlichen Antrieb nach oben bis in etwa zu derjenigen Höhe hochfährt, bei der die Gewichtskraft des freien Torblattabschnitts im Gleichgewicht mit der anliegenden Federkraft der Feder 20 ist. Beim weiteren Öffnen des Torblatts 10 befindet sich das je weils erforderliche Antriebsmoment nahezu im Gleichgewicht mit dem durch die Ge wichtsausgleichseinrichtung 2 bereitgestellten Moment, so dass die Antriebs einrichtung 3 im Wesentlichen lediglich gegen die vorhandenen Reibungskräfte wirken muss.
Die Feder 20 weist, beispielsweise in einem mittleren Bereich zwischen 30 % und 70 % ihrer Gesamtlänge, eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung 5 auf. Eine Detailansicht der Überwachungsvorrichtung 5 ist in Fig. 7A und 7B gezeigt und wird nachfolgend genauer beschrieben. Die Überwachungsvorrichtung 5 ist dazu eingerichtet, ein Versagen der Feder 20 zu erkennen oder zu antizipieren und ist derart an der Feder 20 vorgesehen, dass sie bei einem Schwingen der Feder 20 mit der Feder 20 mitschwin- gen kann, beispielsweise während eines Nachschwingens der Feder 20 nach einer Bean spruchung.
Eine Beanspruchung erfolgt beispielsweise während einem Auf- oder Abwickel vorgang des Torblatts 10, insbesondere am Anfang oder Ende des Auf- bzw. Abwickel vorgangs, wenn es zu einer Beschleunigung bzw. Verzögerung der Wickelbewegung kommt. Durch das Zugelement 21 wird ein von dem Motor 31 erzeugtes und auf die Wickelwelle 32 übertragenes Drehmoment auf die Feder 20 übertragen, und so kann es im vorliegenden Ausführungsbeispiel bei einem Abwickeln des Torblattes 10 von der Wickelwelle 32 (Aufwickeln des Zugelements 52 auf die Wickelwelle 32) zu einer Deh nung der Feder 20 kommen und gegebenenfalls (abhängig von der Beschaffenheit des Zugelements 52) bei einem Aufwickeln des Torblattes 10 auf die Wickelwelle 32 (Abwi ckeln des Zugelements 52 von der Wickelwelle 32) zu einer Stauchung der Feder 20 kommen. Infolge solch einer Beanspruchung schwingt die Feder 20 und mithin die Über wachungsvorrichtung 5. Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Systems, welches ein Tor 1, eine erfin dungsgemäße Feder 20 mit einer Überwachungsvorrichtung 5, eine Torsteuereinrichtung 4 sowie eine Antriebseinrichtung 3 umfasst. Die Überwachungsvorrichtung 5 ist dabei, wie in Fig. 1 gezeigt, in oder an der Feder 20 vorgesehen, beispielsweise daran befestigt. Die Torsteuereinrichtung 4 ist weiter mit zumindest einer NOT-STOP-Einrichtung 6 ver bunden. Die NOT-STOP-Einrichtung 6 dient dem Stoppen des Torblatts 10 im Falle eines Absturzes des Torblattes 10 beispielsweise infolge eines Federbruches. Dieser lässt sich wie später genauer beschrieben mit der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung 5 erfassen. Beispielsweise können Sperrvorrichtungen in oder bei den Führungen des Tor blatts 10 angeordnet sein, und bei Aktivierung durch die Torsteuereinrichtung 4 im Ab sturzfall eine Bewegung des Torblatts 10 unterbinden, beziehungsweise stoppen. Im De tail könnten hierfür beispielsweise Sperrbolzen oder Bremsbacken zu Einsatz kommen. Alternativ kann die NOT-STOP-Einrichtung 6 auch in die Antriebseinrichtung 3 des Tores 1 eingreifen und beispielsweise die Drehung der Wickelwelle 32 in geeigneter Weise unterbinden.
Die Antriebseinrichtung 3 sowie die Torsteuereinrichtung 4 können ortsfest und benachbart zu dem Torblatt 10 angeordnet sein. Die Kommunikation zwischen der Über wachungsvorrichtung 5, der Torsteuereinrichtung 4 sowie der Antriebseinrichtung 3 kann wie in Fig. 1 gezeigt über das Kabel 34 erfolgen, oder drahtlos über Funk.
Ist die Kommunikation zwischen der Überwachungsvorrichtung 5 und der Torsteu ereinrichtung 4 unidirektional, dargestellt durch Pfeil a) in Fig.2, so ist die Überwa chungsvorrichtung 5 mit einer Sendeeinheit und die Torsteuereinrichtung 4 mit einer Empfangseinheit ausgebildet. Erfolgt die Kommunikation zwischen der Überwachungs vorrichtung 5 und der Torsteuereinrichtung 4 bidirektional, dargestellt durch die Pfeile a) und b), so sind sowohl die Überwachungsvorrichtung 5 als auch die Torsteuereinrichtung 4 als Sende- und Empfangseinheit ausgebildet. Die Signalübertragung zwischen der ersten und zweiten Sende- und Empfangsein heit, ein Beispiel einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung 54, kann über eine bidi rektionale Funkstrecke erfolgen. Beispielsweise kann die Übertragung mit Bluetooth er folgen. Nach Identifizierung der ersten beziehungsweise zweiten Sende- und Empfangs einheit über die jeweilige 48-Bit Adresse erfolgt die Datenübertragung über Datenpakete.
Vorzugsweise kann die Signalübertragung über eine unidirektionale Funkstrecke erfolgen. So ist an der Torsteuereinrichtung 4 nur eine Empfangseinheit vorgesehen, wäh rend an der Überwachungsvorrichtung 5 nur eine Sendeeinheit (ein Beispiel einer draht losen Kommunikationsvorrichtung 40) vorgesehen ist. So kann eine unidirektionale Da tenübertragung für bestimmte Anwendungen ausreichend sein. Zudem ist diese Art der Datenübertragung im Vergleich zur bidirektionalen Datenübertragung energiesparend, da seitens der Überwachungsvorrichtung 5 keine Energie für die Bereitschaft zum Empfang beziehungsweise für einen Empfang von Daten verbraucht wird.
So ist generell für ein Überwachungssignal, welches beispielsweise nur aus einem einzelnen Funksignal mit Identifizierungscode und Datenfeld (in dem ein Versagen oder antizipiertes Versagen der Feder positiv vermerkt ist) besteht, nur eine unidirektionale Übertragung erforderlich. Um sicherzustellen, dass das Überwachungssignal auch wirk lich empfangen wird, kann dieses beispielsweise auch mehrfach (z.B. zweimal) wieder holt werden.
Die Verbindung zwischen Torsteuereinrichtung 4 und Antriebseinrichtung 3 kann sowohl über das Kabel 34 als auch kabellos, beispielsweise wie oben dargestellt über Funk, erfolgen. Die Antriebseinrichtung 3 treibt abhängig von den empfangenen Befeh len das Torblatt 10 an.
Mit der Torsteuereinrichtung 4 können mehrere weitere Einrichtungen verbunden sein, wie beispielsweise ein Öffnungsschalter, eine Fernbedingung, oder weitere Senso ren, die den Toröffnungsbereich erfassen. Die Torsteuereinrichtung 4 berücksichtigt die Informationen beziehungsweise betriebsrelevante Parameter, welche von diesen weiteren Einrichtungen empfangen werden, und steuert die Antriebseinrichtung 3 derart an, dass diese das Tor 1 entsprechend dem gewünschten Betriebsmodus öffnet oder schließt.
Fig. 3 zeigt eine beispielshafte Gewichtsausgleichseinrichtung 2 bei einer Offen stellung des Torblattes 10 (links) und einer Schließstellung des Torblattes 10 (rechts). Die Begriffe Offenstellung und Schließstellung bezeichnen hier nicht notwendigerweise eine vollkommene Offenstellung bzw. Schließstellung des Tores 1. Vielmehr werden die Be griffe relativ verwendet. Eine Offenstellung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Torblatt 10 einen kleineren Teil der Toröffnung abdeckt als bei einer Schließstellung. Die gezeigte Gewichtsausgleichseinrichtung 2 weist beispielsweise drei Federn 20 auf und an jeder Feder 20 ist eine Überwachungsvorrichtung 5 vorgesehen. Allerdings ist es auch möglich die Gewichtsausgleichseinrichtung 3 mit weniger oder mehr Federn 20 vorzusehen. Die Anzahl und Art der Federn 20 bestimmt sich nach den gegebenen Lasten, d. h. insbeson dere nach der Art des Torblatts 10, dessen Gewicht und dessen Dimensionen.
Wie oben mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, ist die Feder 20 in der Schließstellung stärker gespannt als in der Offenstellung. Die Feder 20 ist in einer Schließstellung länger als in einer Offenstellung. Dadurch ändert sich ein Ort x(t) (nachfolgend im Text nur kurz mit x bezeichnet) an welchem sich die Überwachungsvorrichtung 5 befindet. In einer Schließstellung ist beispielsweise ein Ort x an welchem sich die Überwachungsvorrich tung 5 befindet, um Ax weiter vom Boden entfernt als in einer Offenstellung. Eine Stel lung des Torblattes 10 lässt sich somit bestimmen, indem der x, an welchem sich die Überwachungsvorrichtung 5 befindet, erfasst wird.
Beim Übergang des Torblattes 10 zwischen einer Schließstellung und einer Offen stellung ändern sich aufgrund der auf die Feder 20 einwirkenden Kräfte zumindest zeit weise eine Geschwindigkeit v(t ) (nachfolgend im Text nur kurz mit v bezeichnet), eine Beschleunigung a(t) und/oder ein Ruck/(t) (nachfolgend im Text nur kurz mit a bzw. / bezeichnet) der Überwachungsvorrichtung 5. Im Gegensatz dazu sind, wie in Fig. 5A schematisch dargestellt ist, wenn das Torblatt 10 seine Endlage 27 bzw. Ruhelage erreicht hat und sich ein Gleichgewicht eingestellt hat, die Geschwindigkeit v, die Beschleunigung und der Ruck j der Überwachungsvorrichtung 5 null. Mithin lässt sich auch aus den kine tischen Größen, Geschwindigkeit v, Beschleunigung a und Ruck j, eine Information über die Torblattstellung gewinnen. Stoppt das Torblatt 10 in seiner Endlage 27, so ist allerdings durch die Eigenmasse der Feder 20 und der Eigenmasse der Überwachungsvorrichtung noch kinetische Energie EQ in der Feder 20 gespeichert und es kommt, wie in Fig. 5B schematisch dargestellt ist, zu einem Nachschwingen der Feder 20. Das Nachschwingen ist einerseits eine zusätzliche Belastung für die Feder 20 und kann zu einem Federverschleiß führen. Andererseits erhält das Nachschwingen Information über den Zustand der Feder 20 und kann somit zur Fe derüberwachung verwendet werden.
Zur Beschreibung des Schwingungsverhaltens der Feder 20 (und der daran vorge sehenen Überwachungsvorrichtung 5) kann das System, beispielweise wie in Fig. 4 ge- zeigt (rechte Seite), als gedämpftes Feder-Masse-Feder-System betrachtet werden. Die Bewegung der Überwachungsvorrichtung 5 entlang der Längsachse 26 ist dabei nähe rungsweise eine harmonisch gedämpfte Schwingung. Für diese gilt: x(t) = x0 e St (cos(
Figure imgf000027_0001
(Gleichung 2) mit
D d = -
2m
(Gleichung 3) und
Figure imgf000027_0002
Gleichung (4) t bezeichnet die Zeit, x0 die initiale, trägheitsbasierte Auslenkung aus der Gleichgewichtslage,
D die Dämpfungskonstante des Systems,
CF die Federkonstante des Systems,
T die Periodendauer der Schwingung, d die Abklingkonstante der Schwingung, und m die schwingende Masse des Systems.
Die Abklingkonstante kennzeichnet wie die Amplitude der Schwingung im Laufe der Zeit abnimmt.
Die Federkonstante CF des Systems berechnet sich aus der Federkonstante CF1 der ersten Feder Fl und der Federkonstante CF2 der zweiten Feder 2 wie folgt:
1 _ 1 1
CF CF1 CF2 (Gleichung 5)
Für den konkreten Fall einer Schraubenfeder gilt für die Federkonstante CSF
Figure imgf000028_0001
(Gleichung 6)
G bezeichnet das Schubmodul, dD bezeichnet den Drahtdurchmesser, dF bezeichnet den Federdurchmesser, und nF die Anzahl der Windungen.
Für die schwingende Masse m gilt bei Betrachtung der Masse der Feder als Punkt masse:
Figure imgf000028_0002
(Gleichung 7) mF1 und mF2 bezeichnen die Masse der Federn Fl und F2, und msensor bezeichnet die Masse der Überwachungsvorrichtung 5.
Der Ruck j, die Beschleunigung a und die Geschwindigkeit v lassen sich gemäß Gleichung 1 berechnen.
Ändert sich eine Federkonstante CF oder eine Dämpfungskonstante D, so hat dies eine direkte Auswirkung auf das Schwingungsverhalten. Mithin lässt sich durch eine Analyse des Schwingungsverhaltens der Feder 20 eine Veränderung einer Eigenschaft der Feder 20 erkennen, beispielsweise eine Verformung der Feder 20 (wie in Fig. 5C dargestellt), oder einen Federbruch (wie in Fig. 5D und 5E dargestellt). Eine Verformung der Feder 20 kann beispielsweise eine Eigenschaftsänderung dahingehend bewirken, dass sich die Federkonstante CF des Systems verringert oder sich die Dämpfungskonstante D des Systems erhöht und dies hat eine Verringerung der Schwingungsfrequenz w und/oder die Schwingungsamplitude zur Folge. Entsprechend kann eine Eigenschaftsänderung der Feder 20 dahingehend, dass sich die Federkonstante CF vergrößert oder sich die Dämp fungskonstante D verringert, zu einer Erhöhung der Schwingungsfrequenz w und/oder der Schwingungsamplitude führen.
Allerdings sind die oben genannten Parameter nicht die einzigen, die eine Auswir kung auf das Schwingungsverhalten haben. Beispielsweise hat auch die Vorspannung der Feder 20 und die Kinematik der Torblattbewegung eine Auswirkung auf das Schwin gungsverhalten.
Fig. 6A zeigt eine schematische Darstellung des Orts x der Überwachungsvorrich tung 5 als Funktion der Zeit t beim Schließen des Tores 1 für eine intakte Feder (durch gezogene Linie), für eine verformte Feder (gepunktete Linie) und eine gebrochene Feder (strichgepunktete Linie). Fig. 6B und 6C zeigen dazu entsprechend die Geschwindigkeit v(t) und die Beschleunigung a(t) der Überwachungsvorrichtung 5. Die Verformung ist beispielhaft derart, dass sich die Federkonstante CF verringert und die Dämpfungs konstante D gleich bleibt. Andere Veränderungen der Feder können aber auch eine Erhö hung der Federkonstante CF bewirken und/oder die Dämpfungskonstante D verändern. Die vertikale Strichpunktpunktlinie 71 zeigt den Zeitpunkt an, an dem das Torblatt 10 den Boden erreicht und der Schließvorgang beendet ist. Der Bereich links davon zeigt die Endphase eines Schließvorgangs, bei welchem sich das Torblatt 10 zum Beispiel mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit nach unten in Richtung Boden bewegt. Dabei dehnt sich die Feder 20 und die Überwachungsvorrichtung 5 bewegt sich nach oben (siehe auch Fig. 3). Rechts davon ist das Nachschwingen der Feder illustriert. 7Ί und 51 be zeichnet die Periodendauer und Abklingkonstante der Schwingung der intakten Feder und T 2 und 52 bezeichnen die Periodendauer der Schwingung der gestörten Feder.
Bei der gestörten Feder hat sich die Periodendauer im Vergleich zur intakten Feder erhöht (T2>T1). Die Amplitudeneinhüllenden 75 und 76 und die Abklingkonstanten 51 und 52 für die intakte und die gestörten Federn sind im Wesentlichen gleich. Das liegt daran, dass im vorliegenden Beispiel angenommen wurde, dass sich die Verformung der Feder nur auf die Federkonstante ausübt. Zum Erkennen eines Federversagens oder eines anstehenden Federversagens lässt sich somit beispielsweise ein Grenzwert Ts (ein Versa gensschwellenwert im Sinne der Erfindung) definieren, dessen Überschreitung auf eine Störung der Feder hinweist. Anders aus gedrückt lässt sich somit basierend auf der erfass ten physikalischen Größe (z.B. x) ein Auswertewert (z. B. T) bestimmen und ein Ver gleich von diesem mit dem entsprechenden vorgegebenen Versagensschwellenwert (z. B. Ts ) oder einem Versagensschwellenwertbereich lässt ein Versagen der Feder 20 er kennen oder antizipieren. Ein ähnliches Vorgehen kann auch basierend auf der gemesse nen Geschwindigkeit v, der gemessenen Beschleunigung a, des gemessenen Rucks j, oder einer Kombination davon erfolgen. In einem anderen Fall lässt sich auch ein Grenzwert für die Abklingkonstante 5S definieren.
Ein Federbruch wie in Fig. 5D und 5E gezeigt (es ist beispielhaft angenommen, dass der Federbruch oberhalb der Überwachungsvorrichtung 5 vorliegt) kann dazu füh ren, dass sich der Ort der Überwachungsvorrichtung 5 stärker als beim Nachschwingen einer intakten Feder ändert (vgl. Figuren 5 und 6A), weil aufgrund der fehlenden Gegen kraft die Überwachungsvorrichtung 5 in Richtung Boden gezogen wird. Ebenso kann sich wie in Fig. 5E gezeigt eine Lage der Überwachungsvorrichtung 5 ändern, beispielsweise, weil der Federstumpf 28 bezüglich seiner Längsachse 26 verkippt, d. h., seine Lage wink lig zur Vertikalen verändert. Durch die fehlende Gegenkraft kann die Überwachungsvor richtung auch länger einer höheren Beschleunigung in Richtung Boden ausgesetzt sein, was wiederum zu einer höheren Geschwindigkeit führen kann. Es lässt sich somit, wie in Fig. 6A bis 6C gezeigt, auch ein Positionsgrenzwert 72, xs, ein Geschwindigkeitsgrenz wert 73, vs, oder ein Beschleunigungsgrenzwert 74, as, bestimmen, anhand welchen eine gebrochene Feder von einer intakten Feder unterschieden werden kann. Auch diese Grenzwerte sind Versagensschwellenwerte im Sinne der Erfindung.
Überdies ist es möglich, die mit der Überwachungsvorrichtung 5 erfassten physi kalischen Größen und die daraus bestimmten Auswertewerte nutzen, um eine Bewe gungssteuerung des Torblattes 10 zu optimieren, beispielsweise derart, dass ein Nach schwingen minimiert wird.
Fig. 7A zeigt eine Draufsicht auf eine beispielhafte erfindungsgemäße Überwa chungsvorrichtung 5 und Fig. 7B zeigt eine Seitenansicht davon. Die Überwachungsvor richtung 5 weist auf: eine Sensorplatine 51, auf der Sensorplatine 51 eine Sensoreinrich- tung 52 zum Erfassen zumindest einer physikalischen Größe und eine Auswerteeinrich tung 53 zum Auswerten der physikalischen Größe. Die Sensoreinrichtung 52 weist zu mindest einen Sensor zum Erfassen eines Ortes x, einer Lage und/oder eine Kinetik (z. B. Geschwindigkeit v, Beschleunigung a, Ruck /) der Überwachungsvorrichtung 5 auf, so wie optional eine Signalkonditionierungseinheit (nicht gezeigt). Der Sensor kann bei spielsweise ein Beschleunigungssensor sein, beispielsweise ein piezoelektrischer Be schleunigungssensor oder ein MEMS-Beschleunigungssensor, oder ein auf magnetischer Induktion basierter Beschleunigungssensor.
Die Signalkonditionierungseinheit kann das von dem Sensor ausgegebene elektri sche Signal (beispielsweise digitale Beschleunigungsdaten) verarbeiten, etwa filtern, ver stärken oder in absolute Messwerte (beispielsweise in G) umrechnen. Im Fall mehrerer erfasster physikalischer kinetischer Parameter kann die Signalkonditionierungseinheit die elektrischen Signale auch multiplexen.
Die Überwachungsvorrichtung 5 kann ferner auf der Sensorplatine 51 eine Kom munikationseinrichtung 54 zur drahtlosen Übertragung der erfassten physikalischen Größe und/oder eines Überwachungssignals betreffend des Ergebnisses einer Auswer tung davon aufweisen. Diese Kommunikationseinrichtung kann beispielsweise ein Funk- chip mit einer integrierten oder gesonderten Antenne sein. Überdies kann die Überwa chungsvorrichtung 5, beispielweise auf einer Unterseite der Sensorplatine 51, eine Ener gieversorgungseinrichtung 55, beispielsweise eine Batterie mit Spannungskonstanter, zur Energieversorgung der Sensoreinrichtung 52 und der Auswerteeinrichtung 53 aufweisen. Überdies kann die Sensorplatine 51 eine Speichervorrichtung 56 zum Speichern einer Seriennummer aufweisen. Die Seriennummer kann auf Anfrage aus der Speichervorrich tung 56 ausgelesen werden.
Die Auswerteeinrichtung 53 kann ferner eine Recheneinheit aufweisen. Die Re cheneinheit dient bei einem Anwendungsfall der Umsetzung der in Fig. 6A - C beschrie benen Vorgänge. Beispielsweise kann die Recheneinheit die Daten eines Beschleuni gungssensors durch Integration in einen Geschwindigkeitswert betreffend der Schwin gung umrechnen. Dann kann die Recheneinheit diesen numerischen Geschwindigkeits wert (ein Beispiel eines Auswertewertes) mit einem vorbestimmten Geschwindigkeits grenzwert oder einem Geschwindigkeitswertebereich vergleichen. Wird der vorbe stimmte Geschwindigkeitsgrenzwert überschritten (oder von einem Geschwindigkeits wertebereich abgewichen), löst die Recheneinheit ein Überwachungssignal aus, welches dann unmittelbar nach Überschreiten des Geschwindigkeitsgrenzwerts zum Beispiel mit tels der Kommunikationseinrichtung 54 an die Torsteuereinrichtung 4 übertragen wird. Diese kann dann auf das Versagen oder das antizipierte Versagen geeignet reagieren, bei spielsweise indem sie Bewegungsparameter der Torblattbewegung ändert.
Die Auswerteeinrichtung 53 kann ferner dazu eingerichtet sein, eine erste Serien nummer, welche der Feder 20 eindeutig zuordenbar ist, aus der Speichervorrichtung 56 auszulesen und mit einer zweiten Seriennummer, welche dem Tor 1 eindeutig zuordenbar ist, zu vergleichen und ein Ergebnis des Vergleichs (z.B. in Form eines Steuersignals) der Torsteuereinrichtung 4 bereitzustellen, beispielsweise mittels der Kommunikationsein richtung 54 zu übertragen, so dass diese geeignet reagieren kann. Eine geeignete Reaktion kann zum Beispiel sein, ein Fehlersignal auszugeben und/oder die Antriebseinrichtung 3 abzuschalten, wenn als Ergebnis des Vergleichs eine Abweichung der ersten Seriennum mer von der zweiten Seriennummer vorliegt.
Vorzugsweise ist die Überwachungsvorrichtung 5 hinsichtlich Form und Größe an die zu überwachende Feder 20 angepasst. Beispielsweise kann der Durchmesser der Sen sorplatine 51 im Wesentlichen einem mittleren Windungsdurchmesser der Feder 20 ent sprechen und, insbesondere bei einer Schraubenfeder, kreisförmig sein.
Die Verbraucher in der Überwachungsvorrichtung 5 sind weiter derart ausgelegt, dass eine zuverlässige Stromversorgung gewährleistet ist. Dazu sind die elektronischen Komponenten in der Überwachungsvorrichtung 5 vorzugsweise/optional derart ausge legt, dass diese einen sehr niedrigen Stromverbrauch (vorzugsweise im pW Bereich) auf weisen, und ebenso vorzugsweise nur bei Bedarf bestromt werden. Derartige elektroni sche Komponenten, beispielsweise DC-DC Wandler oder Mikroprozessoren, sind bei spielsweise als sogenannte „ultra low-power“ Komponenten erhältlich.
Die Erfindung lässt neben den erläuterten Ausführungsformen und Aspekten wei tere Gestaltungsgrundsätze zu. So können einzelne Merkmale der verschiedenen Ausfüh rungsformen und Aspekte auch beliebig miteinander kombiniert werden, solange dies für den Fachmann ausführbar ist.
Das Tor im erfindungsgemäßen System mit Tor, welches vorstehend als Rolltor erläutert wurde, kann beispielsweise auch ein Falttor oder ein Klapptor sein. So sind er findungsgemäß alle Tore umfasst, bei denen Torblätter eine definierte Bewegung bezie hungsweise einen vorbestimmten Laufweg erfahren.
Weiter kann die Überwachungsvorrichtung 5 an einem beliebigen Teil der Feder 20 untergebracht sein. Grundsätzlich kann die Überwachungsvorrichtung auch weitere Baugruppen, bei spielsweise energieverbrauchsarme Anzeigeelemente, aufweisen.
In Fig. 1 wurden Gleichgewichtsausgleichseinrichtungen (bzw. Federn 20) auf bei den Seiten der Toröffnung vorgesehen. Insbesondere bei Torblättern mit größeren Breiten kann diese von Vorteil sein, um einseitige Belastungen der Anordnung zu reduzieren. Allerdings kann die Gleichgewichtsausgleichseinrichtung auch nur auf einer Seite vorge sehen sein.
In den Ausführungsbeispielen wurde die Feder 20 als eine Schraubenfeder be schreiben. Darüber hinaus ist es auch möglich, anstelle von Schraubenfedern andere fe derelastische Elemente vorzusehen wie z. B. dehnbare Bänder etc.
Das Zugelement 21 muss nicht bandförmig ausgestaltet sein, sondern kann auch als Kette oder ähnlichem vorhegen. Hierfür ist ein formstabiles Material wie insbesondere ein Metall vorzuziehen.
Die Führungseinrichtungen 36 müssen nicht auf der Wickelwehe 32 gelagert sein, sondern können auch auf einer separaten Lagerwelle gelagert sein. Insbesondere ist es auch möglich, dass der Motor 31 die Wickelwehe 32 und/oder die separate Lagerwehe nicht direkt antreibt, sondern mittelbar über Zahnriemen, Ketten, Getriebe etc. Hinsicht lich einer möglichst kompakten Anordnung ist jedoch ein direkter Antrieb dieser Kom ponenten vorzuziehen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurden die physikalischen Größen basierend auf einem Schwingen entlang der Längsrichtung der Feder erfasst. Allerdings könnte auch ein Schwingen entlang einer von der Längsrichtung der Feder abweichenden Rich tung genutzt werden. Im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel ist die Auswerteeinrichtung 53 auf der Sensor platine 51 vorgesehen. Allerdings kann aber auch als eine davon gesonderte Einrichtung vorgesehen sein und beispielsweise in der Torsteuereinrichtung 4 sein. Das in Fig. 1 dargestellte Torblatt 10 kann sich von unten nach oben und umgekehrt bewegen. Von der Erfindung umfasst sind aber auch Tore, deren Torblätter sich in andere Richtungen, beispielsweise seitwärts, bewegen können.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung wurden mit Bezug auf ein Nachschwingverhalten einer Feder und einem Schließen eines Tores beschrieben. Allerdings ist das erfinderische Prinzip generell auf Federschwingungen an wendbar.
B ezugszeichenliste :
1 Tor
10 Torblatt
11 Lamelle
12 Abschlusselement
2 Gewichtsausgleichseinrichtung
20 Feder
21 Zugelement
22 Befestigungselement
23 erstes Federende
24 zweites Federende
25 Umlenkrolle
26 Längsachse der Feder
27 Endlage
28 Federstumpf 3 Antriebseinrichtung
31 Motor
32 Wickelwelle
34 Kabel 35 Antriebswelle
36 Führungseinrichtung
37 Verbindungselement
4 Torsteuereinrichtung
5 Überwachungsvorrichtung
51 Sensorplatine
52 Sensoreinrichtung
53 Auswerteeinrichtung 54 Kommunikationseinrichtung bzw. -einheit
55 Energieversorgungseinrichtung
56 Speichervorrichtung
6 NOT-STOP-Einrichtung
71 Zeitpunkt, an dem Torblatt den Boden erreicht
72 Positionsgrenzwert
73 Geschwindigkeitsgrenzwert
74 Beschleunigungsgrenzwert 75 Amplitudeneinhüllende der intakten Feder
76 Amplitudeneinhüllende der gestörten Feder

Claims

Ansprüche
1. Feder (20) aufweisend: eine Überwachungsvorrichtung (5), welche aufweist: eine an einem schwingenden Teil der Feder (20) vorgesehene Sensorplatine (51); eine auf der Sensorplatine (51) vorgesehene Sensoreinrichtung (52) zum Erfassen zumindest einer physikalischen Größe der Feder (20) beim Schwingen der Fe der (20); eine Auswerteeinrichtung (53) zum Auswerten der erfassten physikalischen Größe, wobei die Auswerteeinrichtung (53) derart eingerichtet ist, dass ein Versagen der
Feder (20) erkannt oder antizipiert wird.
2. Feder (20) gemäß Anspruch 1, wobei die Auswerteeinrichtung (53) derart eingerichtet ist, dass diese das Versagen der Feder (20) anhand des Nachschwingverhaltens der Feder (20) nach deren Deh nung oder Stauchung erkennt oder antizipiert; und wobei die Auswerteeinrichtung (53) weiter derart eingerichtet ist, dass diese ein positives Überwachungssignal ausgibt, falls das Versagen der Feder (20) erkannt oder antizipiert wird.
Feder (20) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der schwingende Teil der Feder (20) der mittlere Bereich der Feder (20) zwi schen 30 % und 70 % ihrer Gesamtlänge ist.
Feder (20) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine physikalische Größe der Feder (20) zumindest eine der folgenden ist: Ort, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Ruck der Sensoreinrich- tung (52) und/oder Lage der Sensorplatine (51)
Feder (20) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung (53) dazu eingerichtet ist, basierend auf der zumin dest einen erfassten physikalischen Größe einen Auswertewert zu bestimmen und diesen mit einem entsprechenden vorgegebenen V ersagensschwellenwert oder V er- sagenswertbereich zu vergleichen, und wobei die Überwachungsvorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, ein Überwachungs signal auszugeben, das das Versagen indiziert, wenn eine Vergleichsbedingung er füllt ist.
Feder (20) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Sensorplatine (51) ferner eine Speichervorrichtung (56) aufweist, welche eine erste Seriennummer enthält, welche der Feder (20) eindeutig zuordenbar ist, und wobei die Auswerteeinrichtung (53) dazu eingerichtet ist, die erste Seriennummer mit einer zweiten Seriennummer zu vergleichen, um ein Steuersignal bereitzustellen, welches eine Übereinstimmung und/oder eine Abweichung der ers ten Seriennummer von der zweiten Seriennummer indiziert.
Feder (20) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei auf der Sensorplatine (51) ferner vorgesehen sind: eine Kommunikationseinrichtung (54) zur drahtlosen oder drahtgebundenen Über tragung der zumindest einen erfassten physikalischen Größe und/oder eines Über wachungssignals betreffend des Ergebnisses der Auswertung; und eine Energieversorgungseinrichtung (55), vorzugsweise eine Batterie mit Spannungskonstanter, zur Energieversorgung der Sensoreinrichtung (52) und der Auswerteeinrichtung (53).
System mit einem Tor, insbesondere mit einem Hubtor, welches aufweist: ein Torblatt (10), welches eine Toröffnung abdeckt und zwischen einer offenen Po sition und einer geschlossenen Position bewegbar ist; eine Antriebseinrichtung (3) zum Bewegen des Torblatts (10) zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position; eine Torsteuereinrichtung (33) zum Steuern der Antriebseinrichtung (3); eine mit dem Torblatt (10) verbundene Feder (20) mit Überwachungsvorrich tung (5) gemäß Anspruch 7, wobei die Feder (20) dazu eingerichtet ist, eine Kraft zu erzeugen, welche einer Gewichtskraft des Torblattes (10) entgegenwirkt, wobei die durch die Feder (20) erzeugte Kraft in der geschlossenen Position größer als in der offenen Position ist; und wobei die Überwachungsvorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, im Falle des Erkennens oder des Antizipierens des Federversagens ein Überwachungssignal an die Torsteuereinrichtung (33) zu übertragen.
9. System mit einem Tor gemäß Anspruch 8, wobei die Torsteuereinrichtung (33) dazu eingerichtet ist, die Antriebseinrich tung (3) abzuschalten, wenn das Überwachungssignal ein Federversagen anzeigt.
10. System mit einem Tor gemäß Anspruch 9, ferner aufweisend: eine erste Seriennummer, welche der Feder (20) eindeutig zuordenbar ist; und eine zweite Seriennummer, welche dem Tor (1) und/oder dem Torblatt (10) eindeu tig zuordenbar ist; wobei die Überwachungsvorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, die erste Seriennummer mit der zweiten Seriennummer zu vergleichen und ein Ergebnis des
Vergleichs der Torsteuereinrichtung (33) zu übertragen, und wobei die Torsteuereinrichtung (33) dazu eingerichtet ist, ein Fehlersignal auszu geben und/oder die Antriebseinrichtung (3) abzuschalten, wenn als Ergebnis des Vergleichs eine Abweichung der ersten Seriennummer von der zweiten Seriennummer vorliegt.
11. System mit einem Tor gemäß den Ansprüchen 9 oder 10, wobei die Torsteuereinrichtung (33) dazu eingerichtet ist, die Antriebseinrich tung (3) derart zu steuern, dass eine durch eine Bewegung des Torblattes (10) aus gelöste und mittels der Überwachungsvorrichtung (5) erfasste Schwingung der Fe der (20), insbesondere ein Nachschwingen der Feder (20), aufgrund einer Be schleunigung oder eines Abbremsen des Torblattes 30, verringert wird.
12. Verfahren zur Überwachung des Schwingungsverhaltens einer Feder, das die fol genden Schritte aufweist:
Erfassen des Schwingungsverhaltens einer Feder (20) mit einer Überwachungsein richtung (5) mittels einer auf einer Sensorplatine (51) vorgesehenen Sensoreinrich tung (52), wobei die Sensorplatine (51) an einem schwingenden Teil der Feder (20) vorgesehen ist;
Erfassen zumindest einer physikalischen Größe der Feder (20) beim Schwingen der Feder (20); und
Auswerten der zumindest einen physikalischen Größe derart, dass ein Versagen der Feder (20) erkannt oder antizipiert wird.
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, ferner aufweisend:
Erkennen des Beginns eines Nachschwingens der Feder (20) nach einer Beanspru chung der Feder (20), insbesondere einer Stauchung oder Dehnung;
Erfassen der zumindest einen physikalischen Größe der Feder (20) beim Nach schwingen der Feder (20); und Ausgeben eines positiven Überwachungssignals, falls das Versagen der Feder (20) erkannt oder antizipiert wird.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei die zumindest eine physikalische Größe der Feder (20) zumindest eine der folgenden ist: Ort, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Ruck der Sensoreinrich- tung (52) und/oder Lage der Sensorplatine (51)
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 14, ferner aufweisend: Bestimmen eines Auswertewertes basierend auf der zumindest einen erfassten phy sikalischen Größe;
Vergleichen des bestimmten Auswertewertes mit einem entsprechenden vorgege benen Versagensschwellenwert oder Versagenswertbereich; und
Ausgeben des positiven Überwachungssignals, das das Versagen indiziert, wenn eine Vergleichsbedingung erfüllt ist.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei der Schritt des Auswertens das Durchführen einer Korrelation eines erfassten Schwingungsverhaltens der er fassten physikalischen Größe mit einem vorgespeicherten Schwingungsverhalten der erfassten physikalischen Größe beinhaltet.
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