[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Bewegung
einer Tür. Türen wirken üblicherweise mit Türrahmen zusammen, um einen dichten Schluss
zu bewirken. Insoweit existiert ein gewisses Gefährdungspotential. Wenn das Türblatt
in den Türrahmen einschwenkt, entsteht zwischen beiden eine Scherwirkung, die mehr
oder minder starke Verletzungen hervorrufen kann. Ähnliches gilt beim Öffnen einer
Tür, wenn das Türblatt gegen eine benachbarte Wand geschwenkt wird, es kann dann zu
Einklemmungen kommen. Das Verletzungspotential ist umso größer, je schneller die Türbewegung
und je massenreicher die Tür selbst ist, letztlich also je größer die in der Türbewegung
steckende kinetische Energie ist, die quadratisch mit der Geschwindigkeit steigt.
[0002] Es sind deshalb Türbewegungssteuerungsvorrichtungen entwickelt worden, die die Geschwindigkeit
der Türbewegung auf bestimmte Werte begrenzen. Dann sind auch die kinetische Energie
und damit die Unfall- und Verletzungsgefahr begrenzt.
[0003] Bekannt sind hydraulische Bewegungssteuerungen, bei denen beim Öffnen der Tür ein
mechanischer Energiespeicher wie Druckfeder oder Gasdruckfeder gespannt wird, um die
Tür danach wieder zu schließen. Beim Schließen wird Hydraulikflüssigkeit über Ventile
gesteuert, so dass die Türbewegungsgeschwindigkeit abgebremst werden kann. Nachteil
hydraulischer Steuerungen ist, dass sie im Brandfall ein zusätzliches Risiko bilden
und dass ihre Wirksamkeit temperaturabhängig ist, da die Viskosität von Hydrauliköl
temperaturabhängig ist.
[0004] Es wurden deshalb elektrische Türbewegungssteuerungsvorrichtungen entwickelt. Hier
wird die zu bremsende Türbewegung in die Drehbewegung einer rotierenden Maschine transformiert,
wobei die rotierende Maschine elektrisch abgebremst wird, etwa indem an ihren Klemmen
ein Kurzschluss angelegt wird.
[0005] Fig. 4a und 4b zeigen in Schrägansicht und Draufsicht eine übliche Montageweise von
Türbewegungssteuerungsvorrichtungen. 48a ist ein Türblatt, das gegenüber einem Türrahmen
48b rotatorisch beweglich ist. 48c zeigt die Steuerungsvorrichtung, die in der gezeigten
Ausführungsform am Türblatt 48a angebracht ist. 48c selbst zeigt einen Träger bzw.
ein Gehäuse der relevanten Komponenten. Mit 48d ist ein Hebelarm bezeichnet, der längs
einer Schiene 48e verschieblich ist. Die Schiene 48e ist in der gezeigten Ausführungsform
am Türrahmen 48b angebracht und bildet den Fixpunkt für die Türbewegung. Der Hebel
48d ist um Drehpunkt 48f herum schwenkbar und am Ende 48g in Schiene 48e verschieblich
gelagert.
[0006] Fig. 4c zeigt den mechanischen Aufbau einer bekannten Vorrichtung, der im Inneren
des bei 48c zu sehenden Gehäuses untergebracht sein kann. 40 symbolisiert einen Elektromotor
mit einer Abtriebswelle 47a. Das vom Motor 40 erzeugte Moment wird vierstufig in seiner
Drehzahl untersetzt. Die Stufen entsprechen den Eingriffen 41, 42, 43 und 44 von jeweiligen
Zahnrädern 46a bis 46h, die auf jeweiligen Wellen 47a bis 47e sitzen. Durch das Getriebe
wird die Drehzahl des Motors 40, die einige tausend Umdrehungen pro Minute sein kann,
auf eine Winkelgeschwindigkeit untersetzt, die der Schwenkgeschwindigkeit des Hebels
48d bei Türbewegung entspricht. Diese Schwenkbewegung hat Geschwindigkeiten von meistens
unter zehn Umdrehungen pro Minute. Der Hebel 48d ist mit der Achse 47e der letzten
Getriebestufe 44 drehfest verbunden und bringt so das vom Motor 40 erzeugte Moment
in die Relativbewegung der Tür 48a gegenüber ihrem Fixpunkt (Schiene 48e) ein. Soweit
in dieser Beschreibung betrachtet, ist das vom Motor eingebrachte Moment ein bremsendes
Moment, das sich einer anderweitig hervorgerufenen Türbewegung entgegenstellt. Das
bremsende Moment kann durch Herstellen eines Kurzschlusses an Klemmen der elektrischen
Maschine erzeugt werden. Die elektrische Maschine wirkt dann als Generator, dessen
erzeugte Leistung am eigenen Innenwiderstand verbraucht wird. Die so umgesetzte Energie
wird der Bewegungsenergie der Tür entnommen und äußert sich als Bremswirkung.
[0007] Nachteil der bisher bekannten elektrischen Lösungen ist es, dass sie vergleichsweise
laut sind. Damit eine sich drehende elektrische Maschine hinreichend Bremskraft entwickeln
kann, muss sie eine hinreichende Drehzahl haben. Um die Türbewegung in eine Drehbewegung
hinreichender Drehzahl zu übersetzen, ist ein Getriebe notwendig. Diese Getriebe sind
vergleichsweise laut, insbesondere an den Komponenten, wo die höheren Drehzahlen vorliegen.
[0008] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der
Bewegung einer Tür anzugeben, die elektromechanisch arbeiten, kompakt sind und eine
geringe Geräuschentwicklung zeigen. Außerdem sollen die Anforderungen der DIN EN 1154
erfüllt werden, in welcher unter anderem Schließmomentverläufe und Wirkungsgrade vorgeschrieben
sind, um sichere Verhältnisse für Brandschutztüren zu erfüllen.
[0009] Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
[0010] Angegeben wird eine Türbewegungssteuerungsvorrichtung, bei der eine sich drehende
elektrische Maschine zum Einbringen einer Bremskraft für die Türbewegung verwendet
wird. Die erste antriebsseitige Getriebestufe des Getriebes ist zur weiteren Geräuschverringerung
als Riemengetriebe ausgeführt. Dies führt in zweierlei Hinsicht zu weiterer Geräuschverringerung:
Zum einen sind schon die durch den sonst vorhandenen Zahneingriff verzahnter Getriebestufen
hervorgerufenen Geräusche verringert. Und zum anderen ist die elektrische Maschine
durch das nachgiebige Riemenmaterial akustisch weniger stark an die Umgebung gekoppelt,
so dass auch die Abstrahlung der Motorgeräusche verringert ist.
[0011] Als Riemen ist bevorzugt ein Flachriemen vorgesehen, der nahtlos, längenstabil und
bevorzugt unter 2mm dick ausgebildet ist.
[0012] Zur weiteren Geräuschverringerung kann vorgesehen sein, die dem Antriebsende nächstliegende
verzahnte Getriebestufe mit Schrägverzahnung auszuführen. Schräg verzahnte Getriebestufen
weisen eine geringere Geräuschentwicklung beim Zahneingriff auf, so dass deren Verwendung
abermals die Geräuschentwicklung verringert.
[0013] Außerdem kann das Ritzel der ersten antriebsseitigen verzahnten Getriebestufe mit
vergleichsweise wenigen Zähnen ausgeführt sein, beispielsweise mit drei oder vier
oder fünf Zähnen. Die Frequenz der Eingriffsgeräusche korreliert mit der Frequenz
der Eingriffe. Die Frequenz der Eingriffe sinkt mit der Anzahl der Zähne, so dass
mit einem Ritzel mit geringer Zahnzahl Geräusche in niedrigere Frequenzbereiche verschoben
sind, die üblicherweise auch als weniger lästig empfunden werden.
[0014] Besonders vorteilhafte Verhältnisse betreffend Schallemission ergeben sich, wenn
die elektrische Maschine ein bürstenloser Gleichstrommotor ist.
[0015] Die sich drehende elektrische Maschine kann einen außenliegenden Läufer aufweisen.
Sie weist demzufolge einen innenliegenden Stator auf. "Innen" und "außen" beziehen
sich dabei auf die radiale Richtung bezüglich der Drehachse der sich drehenden elektrischen
Maschine. Der Stator liegt dann innen und letztendlich im Bereich der - virtuellen
- Drehachse der Maschine und ist vom Rotor umgeben. Solche Maschinen bzw. Motoren
werden als "Außenläufermaschine" bzw. "Außenläufermotor" bezeichnet. Sie erzeugen
bei der gleichen Drehzahl ein höheres Brems- und Antriebsmomenten als Innenläufer-Maschinen/Motoren
mit gleicher Baugröße. Es kann deshalb in der Gesamtauslegung auf niedrigere Motordrehzahlen
gegangen werden, so dass schon dadurch die Geräuschentwicklung verringert ist. Je
nach Gesamtauslegung kann dies auch dazu führen, dass eine Getriebestufe eingespart
werden kann.
[0016] Allerdings liefern moderne Bauweisen herkömmlicher Motoren mit innenliegendem Läufer
auch hinreichend hohe Drehmomente, so dass auch eine elektrische Maschine mit innenliegendem
Läufer verwendet werden kann.
[0017] Die Bremswirkung der Maschine wird über ein Getriebe in eine die Türbewegung bremsende
Kraft transformiert, die von einem Hebel ausgeübt wird, der sich mit geringer - und
mit der Türbewegung korrelierender - Winkelgeschwindigkeit bewegt. Das maschinenseitige
Ende des Getriebes wird als Antriebsende bezeichnet, das hebelseitige Ende als Abtriebsende.
[0018] Zur Stabilisierung des Laufs des Riemens des Riemengetriebes auf den Scheiben können
die Scheiben tonnenförmig ausgeführt sein, also in Dickenrichtung betrachtet in ihrer
jeweiligen Mitte einen etwas größeren Durchmesser haben als an den Enden, in Dickenrichtung
betrachtet.
[0019] Angegeben wird auch ein Verfahren zur Steuerung der Bewegung einer Tür gegenüber
einem Fixpunkt. Mittels einer rotierenden elektrischen Maschine mit außenliegendem
Läufer wird eine Bremskraft zwischen Tür und dem Fixpunkt erzeugt. Die Bremskraft
kann gesteuert oder geregelt sein, indem die elektrische Beaufschlagung der rotierenden
elektrischen Maschine geeignet eingestellt wird. Über den außenliegenden Läufer teilt
sich die damit veränderliche Kraft der Türbewegung mit. Die Steuerung der elektrischen
Beaufschlagung der rotierenden elektrischen Maschine mit außen oder innen liegendem
Läufer kann mittels Pulsbreitenmodulation eines Kurzschlussschalters an den Klemmen
der Maschine erfolgen.
[0020] Nachfolgend werden Bezug nehmend auf die Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben, es zeigen
- Fig. 1
- in Draufsicht wesentliche Teile der Vorrichtung,
- Fig. 2
- ein Schrägbild der mechanischen Komponenten,
- Fig. 3
- ein einfaches Schaltbild des elektrischen Teils der Einrichtungen, und
- Fig. 4a, b und c
- Abbildungen zum Stand der Technik.
[0021] Die vorstehend und nachfolgend beschriebene Türbewegungs-SteuerungsVorrichtung und
das Verfahren können für Drehtüren - um Achse drehbar - oder für Schiebetüren - längs
Achse verschieblich - ausgelegt sein. Es kann sich um eine Innentür oder Außentür
des Gebäudes handeln. Wenngleich im vorliegenden Text Entwicklungen für Türen und
deren Bewegungssteuerung beschrieben sind, sollen sie in gleicher Weise auch für Tore
und Fenster und sonstige Verschlüsse von Gebäudeöffnungen anwendbar verstanden werden,
wobei auch diese rotatorisch oder translatorisch verschieblich sein können, soweit
nicht anders gesagt.
[0022] Fig. 1 und Fig. 2 zeigen in Draufsicht und Schrägansicht eine Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Türbewegungssteuerungsvorrichtung. 11 ist die rotierende elektrische
Maschine, die einen außenliegenden Läufer/Rotor aufweist. Es kann sich um einen Elektromotor
handeln oder speziell um einen Generator. Der Rotor/Läufer liegt radial außen. Innen
liegt der Stator. Mit 13 ist ein Flansch bezeichnet, mittels dessen die Maschine an
einem nicht gezeigten Träger oder Gehäuse befestigt werden kann. Der Flansch 13 ist
mit dem Stator drehfest verbunden. 16 bezeichnet die elektrischen Anschlüsse der Maschine.
Die Welle 21a ist drehfest mit dem außen liegenden Läufer/Rotor der elektrischen Maschine
verbunden und im Stator, den Sie auf seiner ganzen Länge durchdringt, zweifach kugelgelagert.
[0023] Die Fig. 1 und 2 zeigen für den außenliegenden Rotor der elektrischen Maschine 11
einen außen becherförmigen Aufbau. Die sichtbare becherförmige Komponente ist der
Außenumfang des Läufers/Rotors, der sich im Betrieb dreht. In einer Ausführungsform
kann auf dem Außenumfang ein Generatorriemen 17 liegen, der einen Generator 14 zur
Erzeugung elektrischer Energie für eine Steuerung 34 und den Betrieb der Bremsvorrichtung
erzeugt. Der Flansch 13 ist fest mit dem innenliegenden Stator der Maschine 11 verbunden
und bewirkt deren Befestigung an der Einbauumgebung. Der Flansch 13a hat Gewindebohrungen.
Das Befestigungsblech 13b kann Langlöcher aufweisen oder über Langlöcher in einem
Träger an diesem befestigt werden, um die elektrische Maschine 11 verschieblich einstellbar
befestigen zu können, um die Spannung des Flachriemens 15 zu ermöglichen.
[0024] Über Welle 21a wird die Drehbewegung des außenliegenden Läufers/Rotors an ein Getriebe
12 abgegeben, das die Drehzahl der Maschine 11 auf die geringe Winkelgeschwindigkeit
des Hebels 48d untersetzt. Vorgegeben ist an sich die Winkelgeschwindigkeit des Hebels
48d, weil sie durch die Türbetätigung entweder durch eine Person oder eine sonstige
Antriebsquelle bestimmt ist. Nimmt man beispielsweise an, dass eine Tür innerhalb
von 1,5 s von 0° nach 90° geöffnet wird, entspräche dies einer Vollkreisbewegung innerhalb
von 6 s oder 10 Umdrehungen pro Minute. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Schwenkgeschwindigkeit
der Tür nicht 1:1 mit der Schwenkgeschwindigkeit des Hebels 48d übereinstimmt. Aber
größenordnungsmäßig korrelieren sie.
[0025] Elektrische Maschinen mit außenliegenden Rotoren/Läufern erzeugen bei akzeptabler
Baugröße schon im Bereich unter und bis ca. 2000 U/min ein hinreichendes Moment. Will
man noch etwas höhere Drehzahlbereiche, z. B. bis 2500 U/min des Motors nutzen, wird
eine Gesamtdrehzahluntersetzung von 1/250 nötig, die durch das Getriebe 12 als Untersetzung
der Drehgeschwindigkeit vom Antriebsende, beim Motor/Maschine 11, Welle 21a, zum Abtriebsende,
Achse 21e beim Hebel 48d, zu liefern ist. Auslegungsabhängig kann dies von einem dreistufigen
oder vierstufigen Getriebe geliefert werden. Dementsprechend kann das Gesamtdrehzahlverhältnis
des Getriebes zwischen Antrieb und Abtrieb kleiner als 300 oder kleiner als 200 sein.
[0026] Wenn aufgrund der Verwendung einer Maschine mit außenliegendem Läufer geringere Drehzahlen
nötig werden, ist schon dadurch die Geräuschentwicklung verringert. Üblicherweise
korrelieren sowohl Frequenz als auch Amplitude von Geräuschen elektrischer Maschinen
monoton steigend mit der Drehzahl. Dies bedeutet, dass mit Absenkung der Drehzahl
sowohl Geräuschamplitude als auch Geräuschfrequenz abgesenkt und in weniger unangenehme
Bereiche verlegt werden können.
[0027] Da inzwischen aber auch moderne Bauweisen elektrischer Maschinen mit innenliegendem
Läufer hinreichend hohe Drehmomente liefern, kann auch eine elektrische Maschine mit
innenliegendem Läufer verwendet werden.
[0028] Eine weitere Verringerung der Geräuschentwicklung ergibt sich, wenn eine oder mehrere
Getriebestufen, vorzugsweise die erste Getriebestufe am Antriebsende des Getriebes
- maschinenseitig - als Riementrieb ausgeführt ist. Figur 2 zeigt ihn mit den Bezugsziffern
15 und 22a und 22b. Ein Riementrieb hat keine Zahnräder, sondern einen über Schreiben
22a, 22b unterschiedlicher Durchmesser laufenden gespannten Riemen 15. Es sind dadurch
die Eingriffsgeräusche von Zähnen der Verzahnung von Zahnrädern vermieden. Dies ist
besonders im Bereich hoher Drehzahlen des Getriebes wirkungsvoll, also am antriebsseitigen
Ende bei der elektrischen Maschine 11.
[0029] Die elektrische Maschine kann relativ zum übrigen Getriebe translatorisch verschieblich
montierbar sein. Die Verschieblichkeit kann senkrecht zur Drehachse der elektrischen
Maschine sein, so dass durch die Verschieblichkeit der Riemen 15 gespannt werden kann.
[0030] Die Scheiben des Riementriebs können tonnenförmig gestaltet sein. "Tonnenförmig"
bedeutet, dass der Scheibendurchmesser in Dickenrichtung in der Mitte größer ist als
an den Enden. Dann läuft der Riemen selbstzentrierend auf den Scheiben und wird nicht
abgeworfen. Das Übersetzungsverhältnis bzw. Durchmesserverhältnis des Riementriebs
kann 1:2 bis 1:6 sein und ist vorzugsweise 1:4 ± 20% oder ± 10%.
[0031] Die große Riemenscheibe ist vorzugsweise fliegend gelagert und kann als Lager Nadelhülsen
aufweisen, beispielsweise eine große Hülse 21ba teilweise innerhalb der Scheibe und
eine kleine Hülse 21bb entfernt von der Scheibe. Um die Axialkräfte der schräg verzahnten
Zahnräder aufzufangen, können die Achsen in axialer Richtung mit Kugelköpfen abgeschlossen
sein, die auf gehärteten Böden der Nadelbüchsen bzw. eines Abdeckblechs laufen. Nadelbüchsen
können an der schräg und auch an den gerade verzahnten Zahnradwellen eingesetzt werden.
Eine Nadelhülse an der Zahnradwelle, die ein schräg und ein gerade verzahntes Zahnrad
trägt, kann in die axiale Ausdehnung der großen Riemenscheibe eintauchen. Diese verkleinert
die Gesamtbauhöhe der Vorrichtung.
[0032] Die rotierende elektrische Maschine ist vorzugsweise eine bürstenlose Gleichstrommaschine
mit außen liegendem Rotor, insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor, der als
ein mit einer Bremskraft auf seinen Antrieb rückwirkender Generator betrieben wird.
Die Steuerung der Türbewegung kann so durch Abbremsen derselben erfolgen. Um dies
zu erreichen, können die Klemmen der als Generator betriebenen elektrischen Maschine
vorzugsweise gesteuert oder geregelt kurzgeschlossen werden. Es wirkt dann der eigene
Innenwiderstand der elektrischen Maschine als elektrische Last an den Generatorklemmen,
an der entsprechend den Maschinenparametern die erzeugte Energie verbraucht und dementsprechend
eine bremsende Rückwirkung auf die Türbewegung erzeugt wird. Der Energieverbrauch
im Inneren der Maschine führt zu deren Erwärmung, die aber tolerabel ist oder durch
geeignete Kühlung verringert werden kann.
[0033] Das Getriebe kann mehrstufig aufgebaut sein, insbesondere dreistufig oder vierstufig.
Die antriebsnächste Stufe kann der schon erwähnte Riementrieb bestehend aus Scheiben
22a, 22b und Riemen 15 sein. Es kann sich eine zweite Getriebestufe mit Zahnrädern
anschließen. Zur Verringerung der Eingriffsgeräusche der Zähne kann es schrägverzahnt
sein. Das Ritzel mit der höchsten Drehzahl, also das kleine Zahnrad der dem Antrieb
nächstliegenden Zahnrad-Getriebestufe, weist vorzugsweise nur wenige Zähne auf, um
die Frequenz der Eingriffsgeräusche zu reduzieren. Das Ritzel kann weniger als acht
Zähne aufweisen, insbesondere sieben, sechs, fünf, vier oder drei.
[0034] Das Riemengetriebe hat die Scheiben 22a, 22b und den Riemen 15. Die erste verzahnte
Getriebestufe hat die Zahnräder 23a und 23b. Die zweite verzahnte Getriebestufe hat
die Zahnräder 24a und 24b. Die folgende Getriebestufe hat die Zahnräder 25a und 25b.
Es sind in der gezeigten vierstufigen Ausführungsform fünf Achsen 21a, 21b, 21c, 21d
und 21e vorgesehen, um die einzelnen rotierenden Bauteile geeignet haltern und lagern
zu können. 21a koinzidiert mit der Drehachse der elektrischen Maschine 11. 21e koinzidiert
mit der Drehachse des Hebels 48d. Die Übersetzungen der einzelnen Getriebestufen können
zwischen 1:2 und 1:8 liegen. Betrachtet wird hierbei das Durchmesserverhältnis der
Scheiben 21a, 21b bzw. das Zähneverhältnis der Zahnräder. Die Drehzahl wird von der
elektrischen Maschine weg fortwährend verringert bzw., in die andere Richtung schauend,
von der vergleichsweise langsamen Drehbewegung des Hebels 48d durch das Getriebe in
einen Drehzahlbereich erhöht, innerhalb dessen die elektrische Maschine 11 wirksam
tätig sein kann. Die Gesamt-Drehzahluntersetzung des Getriebes kann zwischen 1:50
und 1:500 vom Antriebsende zum Abtriebsende, Achse 21a bis Achse 21e liegen.
[0035] Die Türbewegungs-/Steuerungsvorrichtung 10 kann einen mechanischen Energiespeicher
26a, ein Zugband 26b und eine Umlenkrolle 26c aufweisen. Er ist in Fig. 2 nur schematisch
angedeutet. Es kann sich um eine Feder handeln, etwa um eine mechanische Druckfeder
oder um eine Gasfeder. Üblicherweise ist die Auslegung so, dass der mechanische Energiespeicher
26a beim Öffnen einer Tür "geladen", also gespannt, wird. Dies erfolgt durch die von
der die Tür öffnenden Person für die Türöffnung aufzubringenden Kraft. Danach bewirkt
der mechanische Energiespeicher 26a das Schließen der Tür, indem er sie in Richtung
Türschluss antreibt. Dies kann erfolgen, indem der mechanische Energiespeicher 26a
mit einem entsprechenden Hebel an der abtriebsseitigen Drehachse 21e ansetzt, also
auf die gleiche Achse einwirkt wie der Hebel 48d.
[0036] Die vom mechanischen Energiespeicher 26a hervorgerufene Türbewegung wird dann von
der Türbewegungs-/Steuerungsvorrichtung mit dem außenliegenden Rotor soweit nötig
abgebremst, um sie in sicheren Bereichen zu halten. Es wird in diesem Zusammenhang
aber darauf hingewiesen, dass die Türbewegungs-/Steuerungsvorrichtung auch schon beim
Öffnen der Tür als beispielsweise eine Öffnungsdämpfung eingreifen kann, insbesondere
indem sie ein zu schnelles Öffnen der Tür abbremst. Auch hier können wieder Kurzschlüsse
an den Klemmen der elektrischen Maschine 11 hervorgerufen werden, wie oben beschrieben.
[0037] Der Außenläufermotor kann sowohl mit einer Bremswicklung als auch mit einer Generatorwicklung
bestückt sein. Damit verliert man zwar etwas Bremsmoment, kann aber mit einem Motor
bremsen und Strom erzeugen. Der Motor bekommt hierfür zwei zusätzliche Leitungen.
Dann ist kein eigener Generator für die Erzeugung der benötigten elektrischen Energie
nötig, um ohne externe elektrische Energieversorgung auszukommen. Fig. 3 zeigt ein
vereinfachtes Ersatzschaltbild der verwendeten Schaltung. Mit 11 ist die elektrische
Maschine symbolisiert. 12 symbolisiert das an sie angeschlossene Getriebe, das wiederum
auf die Türbewegung einwirkt. 35 ist ein Kurzschlussschalter, der vorzugsweise elektronisch
betätigbar ist, also etwa ein FET. Er wird durch eine Steuerung 34 - einschließlich
einer Treiberschaltung - betätigt, etwa mittels Pulsbreitenmodulation.
[0038] 31 symbolisiert einen Gleichrichter, hier als Vollwellengleichrichter gezeigt, an
dessen Wechselspannungsklemmen die Klemmen der elektrischen Maschine 11 liegen. Der
Gleichspannungsausgang wird über einen Kondensator 32 geglättet und kann einen Energiespeicher
33, etwa einen Akku, laden, um die für den Betrieb der Steuerung 34 und für die Tastung
des Schalters 35 nötige elektrische Energie bereitzustellen.
[0039] Nicht gezeigt ist Sensorik, die vorgesehen sein kann, um die Türbewegungs-Steuerungsvorrichtung
angepasst betreiben zu können. Die Sensorik kann Positionssensorik für die Türbewegung
und/oder Geschwindigkeitssensorik für die Türbewegung umfassen und kann mit der Steuerung
34 verbunden sein, die nach Maßgabe vorgegebener Kriterien die Bremseinrichtung auf
die Sollwerte steuert oder regelt. Sie kann insbesondere den Kurzschlussschalter 35
an- und ausschalten, insbesondere mittels eines Pulsbreitenmodulationssignals, das
in einem nicht eigens gezeigten Treiber mit geeignetem Tastverhältnis erzeugt wird.
[0040] Die Ausgangsfrequenz der elektrischen Leistung der elektrischen Maschine 11 im Generatorbetrieb
kann von ihrer Drehzahl, ihrer Polzahl und anderen Parametern abhängen und kann im
Bereich von Kilohertz liegen. Die Pulsfrequenz für die Pulsbreitenmodulation kann
höher oder deutlich höher sein und kann über 10 kHz oder über 100 kHz liegen.
[0041] Die elektrische Maschine ist, wie schon gesagt, eine elektrische Maschine mit Außenläufer,
also radial außenliegendem Rotor. Weiter vorzugsweise ist sie ein bürstenloser Gleichstrommotor.
Der außenliegende Rotor kann Dauermagneten geeigneter Anordnung und geeigneter Polzahl
aufweisen. Der innenliegende Stator weist eine oder mehrere geeignete Wicklungen auf.
Anders als die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform können mehrere Kurzschlussschalter
vorgesehen sein, beispielsweise drei, um drei Wicklungseinheiten (U, V, W) jeweils
paarweise kurzschließen zu können.
[0042] Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform, bei der zum Laden eines Elektroenergiespeichers
33 ein eigener Generator 14 vorgesehen ist, dessen Drehzahl gegenüber der der elektrischen
Maschine 11 noch einmal erhöht/übersetzt wird. Es kann hier wieder ein Riementrieb
mit Generatorriemen 17 vorgesehen sein, wobei der Außenumfang der elektrischen Maschine
11 als Scheibe verwendet wird. Der Riemen 17 läuft über diese "Scheibe" und läuft
über eine weitere Scheibe kleineren Durchmessers, die auf der Achse des Generators
14 sitzt. Auf diese Weise kann der Generator 14 eine Drehzahl von einigen tausend
U/min haben und so effektiv Energie generieren. Fig. 3 zeigt demgegenüber ein Schaltbild,
bei dem eine einzige elektrische Maschine 11 vorgesehen ist, die mit speziellen Wicklungen
sowohl als Bremse als auch als Generator verwendet wird. Brems- und Generatorwicklung
sind geeignet zu dimensionieren.
[0043] Allgemein kann die Türbewegungs-/Steuerungsvorrichtung einen Träger aufweisen, der
zur stabilen Halterung der Komponenten der Vorrichtung geeignet ist und geeignet gestaltet
ist. Insbesondere werden vom Träger die einzelnen Achsen 21 und Komponenten - elektrische
Maschine 11, Steuerung 34, elektrische Komponenten gemäß Fig. 3, gegebenenfalls separater
Generator 14 - stabil gehalten. Soweit nötig ist ein Gehäuse mit den nötigen Durchlässen
vorgesehen. Das Gehäuse kann eine Baueinheit mit dem Träger der Komponenten sein.
Der Außenläufermotor und das Getriebe liegen vorzugsweise im Inneren eines Gehäuses
48c, so dass die beweglichen Teile abgeschirmt sind.
[0044] Die in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Komponenten können in dem in Fig. 4a und Fig.
4b gezeigten Gehäuse/Träger 48c untergebracht sein und so an einem Türblatt 48a angebracht
sein, etwa an dessen Oberkante. Der Hebel 48d sitzt auf der Welle 21e und ragt aus
dem Gehäuse 48c heraus und stützt sich an einer als Fixpunkt 48e dienenden Gleitschiene
am Türrahmen 48b ab.
[0045] Die Türbewegungs-Steuerungsvorrichtung kann nach DIN EN 1154 für Schließkräfte entsprechend
EN3 bis EN6 ausgelegt sein. Sie kann für Türmassen zwischen 40 kg und 200 kg ausgelegt
sein. In einem engen Sinn ist die Türbewegungs-Steuerungsvorrichtung tatsächlich für
eine Tür, insbesondere Drehtür, im herkömmlichen Sinne des Wortes gedacht und ausgelegt,
insbesondere eine Tür, deren Breite kleiner als 2 Meter oder 1,5 Meter und deren Höhe
kleiner als 2,5 Meter oder 2 Meter sein kann.
[0046] Merkmale in dieser Beschreibung sollen auch dann als miteinander kombinierbar angesehen
werden, wenn ihre Kombination nicht ausdrücklich beschrieben ist, soweit sie technisch
möglich ist. Merkmale, die in einem gewissen Kontext, Patentanspruch, einer Figur
oder einer Ausführungsform beschrieben sind, sollen auch als daraus heraus lösbar
und mit anderen, auch breiter oder enger gefassten Kontexten, Patentansprüchen, Figuren
oder Ausführungsformen kombinierbar verstanden werden, soweit dies technisch möglich
ist. Darlegungen von Verfahrensschritten sollen auch als Darlegung von diese Verfahrensschritte
implementierenden Komponenten verstanden werden, und umgekehrt.
Bezugszeichenliste
[0047]
- 10
- Türbewegungs-Steuerungsvorrichtung
- 11
- elektrische Maschine
- 12
- Getriebe
- 13a
- Flansch
- 13b
- Befestigungsblech
- 14
- Generator
- 15
- Flachriemen
- 16
- elektrischer Anschluss
- 17
- Generatorriemen
- 21a
- Antriebsende/Welle
- 21e
- Abtriebsende
- 21a - 21e
- Achsen
- 21ba
- große Nadelhülse
- 21bb
- kleine Nadelhülse
- 22a
- kleine Scheibe
- 22b
- große Scheibe
- 23
- Zahnradstufe
- 23a
- Ritzel
- 23b
- Zahnrad
- 24a, 24b
- Zahnräder
- 25a, 25b
- Zahnräder
- 26a
- mechanischer Energiespeicher
- 26b
- Zugband
- 26c
- Umlenkrolle
- 30
- Schaltung
- 31
- Gleichrichter
- 32
- Kondensator
- 33
- Elektroenergiespeicher
- 34
- elektronische Steuerung
- 35
- Kurzschlussschalter
- 40
- Motor
- 41- 44
- Getriebestufen
- 46a - 46h
- Zahnräder
- 47a - 47e
- Achsen
- 48a
- Tür
- 48b
- Türrahmen
- 48c
- Gehäuse
- 48d
- Hebel
- 48e
- Fixpunkt
- 48f
- Drehpunkt
- 48g
- Gleitschuh
1. Türbewegungs-Steuerungsvorrichtung (10) zur Steuerung der Öffnungs- oder Schließbewegung
einer Tür (48a) gegenüber einem Fixpunkt (48e), mit einem im Kraftfluss zwischen Tür
und Fixpunkt anbringbaren Mechanismus zum Antreiben und/oder Abbremsen der Türbewegung
gegenüber dem Fixpunkt, der dazu ausgelegt ist, zwischen Tür (48a) und Fixpunkt (48e)
eine Kraft auszuüben, und der aufweist:
eine rotierende elektrische Maschine (11), die als Teil einer elektrisch betätigbaren
Bremseinrichtung nutzbar ist,
ein Getriebe (12), das an seinem Antriebsende (21a) mechanisch drehfest mit der elektrischen
Maschine (11) verbunden ist, und
ein Kraftübertragungselement (48d), das mit dem Abtriebsende (21e) des Getriebes (12)
verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Maschine (11) ein bürstenloser Gleichstrommotor ist, und
das Getriebe an seinem Antriebsende (22a) einen Riementrieb (22a, 22b, 15) mit unterschiedlich
großen Scheiben (22a, 22b) aufweist, deren kleinere (22a) drehfest mit der elektrischen
Maschine (11) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Getriebe (12) dreistufig oder vierstufig
oder höherstufig aufgebaut ist, wobei die erste Stufe den Riementrieb aufweist und
die folgenden Stufen verzahnte Zahnräder aufweisen, wobei die dem Riementrieb folgende
zweite Stufe schräg verzahnte Zahnräder (23a, 23b) aufweisen kann.
3. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Antriebsende (21a) des Getriebes (12) im Kraftfluss nächstliegende Zahnradstufe
(23) eine Schrägverzahnung aufweist, wobei deren Ritzel (23a) weniger als 8 Zähne
aufweisen kann, vorzugsweise 7, 6, 5, 4 oder 3.
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die rotierende elektrische
Maschine (11) einen außenliegenden Läufer aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Riemenscheiben (22a,
22b) tonnenförmig sind und die elektrische Maschine (11) in einer Richtung quer zu
ihrer Drehachsenrichtung einstellbar befestigbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der das Getriebe (12) drei- oder
vierstufig aufgebaut ist, jede Stufe ein Drehzahl-Untersetzungsverhältnis zwischen
1:2.5 und 1:5 hat und das Gesamtdrehzahlverhältnis des Getriebes (12) zwischen Antrieb
und Abtrieb kleiner als 500 oder kleiner als 300 oder kleiner als 200 ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Bremseinrichtung einen
elektronischen Kurzschlussschalter (35) aufweist zum Kurzschließen der Klemmen der
rotierenden elektrischen Maschine (11).
8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem mechanischen Energiespeicher
(26a) zum Speichern mechanischer Energie und Antreiben der Tür mit der gespeicherten
mechanischen Energie.
9. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der mechanische Energiespeicher (26a) mit dem Abtriebsende
(21e) des Getriebes verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, mit einer elektronischen Steuerung (34) zur Steuerung
der Bremseinrichtung, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, die Bremseinrichtung
zu betätigen, wenn die Tür vom mechanischen Energiespeicher (26) angetrieben wird,
und wobei die Steuerung bevorzugt auch dazu ausgelegt ist, die Bremseinrichtung zu
betätigen, wenn die Türbewegung den mechanischen Energiespeicher lädt, wobei das Betätigen
der Bremseinrichtung bevorzugt das insbesondere pulsbreitenmodulierte Schalten eines
elektronischen Kurzschlussschalters (35) umfasst.
11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem Elektroenergiespeicher
(32) zum Speichern elektrischer Energie für den Betrieb der Bremseinrichtung und/oder
der Steuerung (34), wobei der Elektroenergiespeicher von der rotierenden elektrischen
Maschine (11) oder von einem separaten Generator (14) ladbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, mit einem Generator zur Erzeugung in dem Elektroenergiespeicher
speicherbarer elektrischer Energie, wobei der Generator eine eigens vorgesehene Generatorwicklung
der Maschine ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem Träger, an dem die elektrische
Maschine und/oder Getriebeachsen und/oder der Generator und/oder der mechanische Energiespeicher
und/oder der Elektroenergiespeicher und/oder die Steuerung angebracht sind.
14. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem Gehäuse, in dem die elektrische
Maschine und/oder Getriebeachsen und/oder Getriebescheiben und/oder Getriebezahnräder
und/oder der Generator und/oder der mechanische Energiespeicher und/oder der Elektroenergiespeicher
und/oder die Steuerung untergebracht sind und aus dem das Kraftübertragungselement
(48d) oder eine Getriebeachse, an der das Kraftübertragungselement angebracht ist,
aus dem Gehäuse herausragt.
15. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, die an einem Türblatt (48a) anbringbar
ist und für die ein Bereich des Türrahmens oder eine daran befestigte Einrichtung
den Fixpunkt (48e) bildet.
16. Verfahren zur Steuerung der Bewegung einer Tür gegenüber einem Fixpunkt, bei dem eine
rotierende elektrische Maschine über einen Riementrieb eine Bremskraft zwischen Tür
und Fixpunkt erzeugt.
17. Türbewegungs-Steuerungsvorrichtung (10) zur Steuerung der Öffnungs- oder Schließbewegung
einer Tür (48a) gegenüber einem Fixpunkt (48e), mit einem im Kraftfluss zwischen Tür
und Fixpunkt anbringbaren Mechanismus zum Antreiben und/oder Abbremsen der Türbewegung
gegenüber dem Fixpunkt, der dazu ausgelegt ist, zwischen Tür (48a) und Fixpunkt (48e)
eine Kraft auszuüben, und der aufweist:
eine rotierende elektrische Maschine (11), die als Teil einer elektrisch betätigbaren
Bremseinrichtung nutzbar ist,
ein Getriebe (12), das an seinem Antriebsende (21a) mechanisch drehfest mit der elektrischen
Maschine (11) verbunden ist, und
ein Kraftübertragungselement (48d), das mit dem Abtriebsende (21e) des Getriebes (12)
verbunden ist,
insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Getriebe einen Riemenantrieb mit einem Flachriemen aufweist, wobei der Flachriemen
nahtlos, längenstabil und bevorzugt unter 2mm dick ist.