Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herabsetzung der Einklemmgefahr bei automatischen Türen mit Motor mit Antriebsregelung bei Aufzügen mit geregeltem Türantrieb, welcher über den Motor mit Antriebsregelung und mechanische Uebertragungs- und Kupplungsglieder Türflügel einer Schacht- und Kabinentür von einer Geschlossenstellung in eine Offenstellung und umgekehrt bewegt und welcher die Türflügel in jeder Stellung zwischen den beiden Endstellungen Offen und Geschlossen stoppen, in gleicher Richtung weiterbewegen oder reversieren lässt.
Das Einklemmen von Aufzugsbenützern zwischen sich schliessenden Aufzugstüren muss aufgrund einschlägiger Vorschriften mittels geeigneten Vorrichtungen verhindert werden. Solche Vorrichtungen bestehen meist inform von elektromechanischen Schliesskraftbegrenzern, welche in der Kraftübertragung zwischen Motor und Tür ein federndes Element aufweisen, welches bei unzulässiger Krafteinwirkung auf die Tür durch Auslenkung einen elektrischen Kontakt betätigt und dieser via Türsteuerung eine Reversierung der Tür einleitet.
Mit der US-Patentschrift Nr. 4, 563, 625 ist eine Lösung bekannt geworden, bei welcher eine unzulässige Krafteinwirkung auf die Tür ohne Elektromechanik detektiert wird. Mittels eines Messwiderstandes (230, Fig. 4) im Motorstromkreis wird der dem Motorstrom proportionale Spannungsabfall als Drehmomentwert interpretiert und mit einem einstellbaren Grenzwert verglichen. Bei Überschreitung desselben werden Stop- und Reversieroperationen ausgelöst.
Ein wesentlicher Nachteil dieser Lösung ist der, dass die Schliesskraft nie einen grösseren als den gemäss den Vorschriften erlaubten Wert aufweisen darf. Das reduziert unnötigerweise die Beschleunigungskraft des Antriebes und es wird die kurzzeitige Überlastungsmöglichkeit eines Elektromotors nicht ausgenützt. Ferner ist bei einer allmählichen Veränderung des Wirkungsgrades im mechanischen Antriebssystem ein fehlerhaftes Ansprechen der Schliesskraftbegrenzung und somit eine Türstörung die Folge.
Gemäss einer europäischen Patentanmeldung Nr. 0 213 308 sind zum Zwecke der Hinderniserkennung an den Schliesskanten von automatischen Aufzugstüren kapazitive Sensoren angebracht, welche Fehlersignale erzeugen, wenn ihre Antennen durch ein Hindernis oder eine Störung kapazitiv beeinflusst werden. Die offenbarte Lösung beschreibt die Weiterverarbeitung der Fehlersignale und deren Kompensation bei langsam veränderlicher Störbeeinflussung. Bei dem Stand der Technik wird für einen Einklemmschutz eine Sensor-Vorrichtung benötigt und der Einklemmschutz ist bei schliessender der Türe in den letzten paar cm der Schliessbewegung infolge der nötigen Passivierung der Sensoren nicht mehr gewährleistet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Schliesskraftbegrenzung ohne zusätzliche, diskrete die Motorleistung limitierende Messund Schaltkreise zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichnete Erfindung gelöst.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass die Ansprechkraft der Schliesskraftbegrenzung konstant bleibt und dass der Einklemmschutz bis zum letzten mm der Schliessbewegung gewährleistet ist. Ferner wird für den verbesserten Einklemmschutz keine zusätzliche Annäherungssensorik benötigt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass weitgehend vorhandene regeltechnische Einrichtungen für das Verfahren verwendet werden und dass der Motor besser ausgenüzt werden kann.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt und es zeigen
In der Fig. 1 ist eine automatische Aufzugstür 1 dargestellt mit einem Türmotor 1.1, einer Türantriebssteuerung 1.2, einem Riemenvorgelege 1.3 und einem Antriebsband 1.4. Mit Türmitnehmern 1.5, werden Türflügel 1.6 bewegt, welche Türrollen 1.7, Führungsstücke 1.13 und Sicherheitsleisten 1.11 mit Steuerteilen 1.12 aufweisen. Ferner sind auf den Türflügeln 1.6 spreizbare Schachttürmitnehmer 1.10 vorhanden. Ein Schaltnocken 1.15 am oberern Rand des rechten Türflügels 1.6 betätigt in der Offenstellung einen Endschalter Offenstellung 1.9 und in der Geschlossenstellung einen Endschalter Geschlossenstellung 1.8.
Die Fig. 2 ist ein Blockschema, in welchem Funktionselemente und ihre Beziehung zueinander auf einer Kabine 2 dargestellt werden. Die Türantriebsteuerung 1.2 enthält eine uP-Steuerung 2.3 und eine Schaltelektronik 2.4. Der Türmotor 1.1 besteht aus einem DC-Motor 2.1 und einem Digital-Tacho 2.2. Mit einem mechanischen Antrieb 2.5 sind die in Fig. 1 dargestellten Antriebselemente 1.3, 1.4 und 1.5 zusammengefasst. Die Schachttürmitnehmer 1.10 wirken auf eine Schachttür 2.8. Die Funktionselemente 2.5, 1.6 und 2.8 wirken noch auf eine mechanische Verriegelung 2.6 und diese auf Verriegelungskontakte 2.7. Die von den Kabinentürflügeln 1.6 via Schaltnocken 1.15 (Fig. 1) betätigten Endschalter 1.8, 1.9 stehen in Verbindung mit einem in dieser Figur nicht dargestellten Steuerlogikteil in der uP-Steuerung 2.3, welche die entsprechenden Signale via ein Hängekabel 2.12 in einen Maschinenraum 2.13 weiterleitet. Die Türsicherheitsleisten 1.11 und eine Vorraumüberwachung 2.10 reagieren auf Effekte von einer Peripherie 2.11 und stehen in Verbindung mit der uP-Steuerung 2.3 wie auch mit dem Maschinenraum 2.13, in welchem sich eine in dieser Figur nicht dargestellte Aufzugssteuerung befindet. Ein Speiseteil 2.9 versorgt die ganze Türantriebssteuerung 1.2.
Die Fig. 3 zeigt das Regelschema mit dem Türantrieb. Der umrandete Bereich der uP-Steuerung 2.3 weist alle Elemente der Türmotorregelung auf. Ein Sollwertgeber 3.5 besteht im wesentlichen aus den gespeicherten Fahrkurven 3.20, 3.21 und 3.22 sowie aus dem Fahrtkurvenwähler 3.18, welcher von einer Aufzugsteuerung 3.17 beeinflusst wird. Aus dem Sollwertgeber 3.5 führt ein Sollwert Vref zu einem ersten Vergleicher 3.1, zu welchem noch vom Digital-Tacho 2.2 via einem DA-Wandler 3.15 ein Istwert Vist geführt ist. Ein nachfolgender Differenzwertgeber 3.6 hat eine erste Verbindung zu einem Grenzwertvergleicher 3.7 und eine zweite Verbindung zu einem zweiten Vergleicher 3.2. Im Grenzwertvergleicher 3.7, welcher über einen zweiten Eingang noch zusätzlich die Toleranzwerte aus einem Sollwertgeber 3.5 erhält, werden bei Überschreitungen entsprechende Signale an die Aufzugssteuerung 3.17 geleitet. Ein von der Aufzugssteuerung 3.17 beeinflusster Lernfahrtwähler 3.19 aktiviert einen Lernfahrtrechner 3.11, welcher Werte für eine Massekompensation 3.12 und eine Reibungskompensation 3.13 ermittelt. In einem vierten Vergleicher 3.4 werden diese Werte addiert und ihre Summe zum zweiten Vergleicher 3.2 als Kompensationswert Vk geführt. Der Ausgang des zweiten Vergleichers 3.2 führt zu einem Regler 3.8, in welchem der entsprechende Stellgrössenwert für eine nachfolgende Schaltelektronik 2.4 generiert wird. Ein zweiter Eingang bei der Schaltelektronik 2.4 ist mit der Aufzugssteuerung 3.17 verbunden. Der DC-Motor 2.1 wird von der Schaltelektronik 2.4 nach dem Prinzip der Pulsweitenmodulation angesteuert. Die Motorkraft Fmot führt über einen dritten Vergleicher 3.3 zu einer Antriebslast 3.10, welche als Reaktion die Antriebsgegenkraft FA bewirkt. Einen externe Störkraft 3.9 wirkt im Störfall als negative Kraft Fw auf den dritten Vergleicher 3.3. Die Verbindung des DC-Motors 2.1 mit dem Digital-Tacho 2.2 ist mechanisch. Der Digital-Tacho 2.2 ist elektrisch mit dem Digitalfilter 3.15 und via Lernfahrtwähler 3.19 mit dem Lernfahrtrechner 3.11 verbunden.
Die Figur 4 zeigt ein Diagramm mit der Schliessfahrkurve 3.22, welche Eckpunkte a, b, c, d, e und f aufweist. Eine Real-Sollwertkurve 4.1 wird durch abrundende Filterschaltungen aus der Schliessfahrkurve 3.22 erzeugt. Aus der Real-Sollwertkurve 4.1 wird eine positive Toleranzkurve 4.3 mit einem Abstand + dVmax und eine negative Toleranzkurve 4.2 mit einem Abstand - dVmax von der Real-Sollwertkurve erzeugt.
Die Figur 4a stellt diesen Vorgang dar. Ein Filter 3.22.1 rundet die Ecken der Schliessfahrkurve 3.22 soweit ab, dass daraus der Real-Sollwert 4.1 entsteht, welcher in dieser Form am Ausgang des Sollwertgebers 3.5 als Vref vorhanden ist. Der gleiche Wert wird auch noch einem Dividierer 3.22.2 zugeführt. Dieser ermittelt laufend einen beispielsweise 5%-Anteil des momentanen Real-Sollwertes 4.1 und man erhält so den positiven Toleranzgrenzwert + dVmax. In einem nachfolgenden Inverter 3.22.3 wird der negative Toleranzgrenzwert - dVmax gebildet.
Die Fig. 5 ist ein Flussdiagramm, welches die Funktionen einer Türschliessfahrt darstellt. Anhand dieser und der Figur 3 wird im folgenden die Arbeitsweise der Erfindung näher erläutert.
Bei offener Tür und vorhandenem Fahrbefehl für den Aufzug wird von der Aufzugssteuerung 3.17 der Fahrkurvenwähler 3.18 auf die Stellung Schliessen gebracht. Dieser Vorgang läuft kontaktlos und inform einer Speicheradressierung ab. Die im nicht dargestellten Speicher abgerufene Schliessfahrkurve 3.22 ist noch als eine Anzahl Geraden mit den Eckpunkten a, b, c, d, e, und f abgelegt. Diese Eckpunkte werden anlässlich der ersten Lernfahrt definiert und liegen beispielweise für a bei 30%, für b bei 50%, für c bei 70%, für d bei 75%, für e bei 85% und für f bei 95% des gesamten Schliessfahrweges der Tür.
Nach Ablauf der Türoffenhaltezeit und wenn keine Hindernisdetektion vorliegt, erfolgt von einer Türsteuerungslogik 3.14 die Freigabe Türfahrt Schliessen. Dann startet Vref gemäss dem Real-Sollwert 4.1. Beim ersten Vergleicher 3.1 wird der vom Digital-Tacho 2.2 stammende und im DA-Wandler 3.15 in einen analogen Wert umgwandelte Istwert Vist zugeführt. Die Differenz der beiden Werte ist dann als Regelfehler dV vorhanden.
Im Grenzwertvergleicher 3.7 wird der Regelfehler dV auf seine Toleranzhaltigkeit geprüft. Im ungestörten Normal-Fall, also dV < dVmax, wird dem Wert dV beim zweiten Vergleicher 3.2 ein vom vierten Vergleicher 3.4 zugeführter Kompensationswert Vk zuaddiert und das Eingangssignal für den Regler 3.8 gebildet.
Der Regler 3.8 produziert ein Aussteuerungssignal für die Schaltelektronik 2.4, welche ihrerseits den DC-Motor 2.1 nach dem vorgängig erwähnten Prinzip der Pulsweitenmodulation steuert.
Der Motorkraft Fmot wirkt eine durch eine Antriebslast 3.10 bewirkte Reaktionskraft FA entgegen, welche beim Beschleunigen negative und beim Verzögern positive Werte aufweist. Der dritte Vergleicher 3.3 dient der Darstellung des Kräftevergleichs und ist real nicht vorhanden. Im Normal-Fall ist die externe Störkraft 3.9 bzw. Fw nicht wirksam.
Der zeitliche Ablauf des Real-Sollwertes 4.1 wird wegabhängig gesteuert, was vom Digital-Tacho 2.2 via Integrator 3.16 ermöglicht wird.
Der Schliessvorgang läuft nun ab bis die Tür geschlossen ist, was mit dem Endschalter Geschlossen 1.8 detektiert wird. Es erfolgt dann als Abschluss der Schliessoperation die mechanische und elektrische Verriegelung sowie ein Zuhalten der geschlossenen und verriegelten Tür mit reduzierter Motorkraft oder einer allenfalls vorhandenen, hier nicht dargestellten Haltebremse. Diese Funktionen werden ebenfalls von der Aufzugssteuerung 3.17 via Türsteuerungslogik 3.14 gesteuert. Bei fehlerhafter elektrischer Verriegelung wird ein Störsignal " Sicherheitskreis offen" 3.14.2 gebildet und im Normalfall ein Quittungssignal 3.14.3 erzeugt, beide zuhanden der Aufzugssteuerung 3.17.
Der Erfindungsgegenstand bezieht sich jedoch auf den Störfall, was nun im folgenden erläutert wird.
Eine externe Störkraft 3.9 entsteht beim Auffahren auf ein Hindernis, wobei für das erklärende Beispiel angenommen wird, dass die Sicherheitsleisten 1.11 und die Vorraumüberwachung 2.10 absichtlich oder unabsichtlich unwirksam seien.
Die Beschreibung beginnt für diesen Fall beim Grenzwertvergleicher 3.7. Im Flussdiagramm der Fig. 5 ist dessen Funktion in zwei Schritte aufgeteilt, wobei in einem ersten Schritt 3.7.1 die Grenzwertüberschreitung festgestellt und in einem zweiten Schritt 3.7.2 dessen Polarität ermittelt wird.
Ein negativer Wert bedeutet: Der Istwert Vist hat den momentanen Real-Sollwert 4.1 bzw. Vref um mehr als - dVmax unterschritten. Ein positiver Wert bedeutet: Der Istwert Vist hat den momentanen Wert Vref um mehr als + dVmax überschritten.
Letzteres kann beispielweise bei einem Riemenbruch vorkommen, wobei dann der plötzlich abgehende DC-Motor 2.1 bis zur Ausregelung kurzzeitig via Digital-Tacho 2.2 und Digitalfilter 3.15 solche Werte erzeugt. Es wird dann in der Folge ein Störsignal 3.14.1 gebildet, worauf ein Ausschalten via Aufzugssteuerung 3.17 bzw. Türsteuerungslogik 3.14 erfolgt. Wird die schliessende Tür durch eine externe Störkraft 3.9 aufgehalten oder gebremst, entsteht eine negative Überschreitung, also dV > - dVmax. In diesem Fall wird der DC-Motor elektrodynamisch und allenfalls zusätzlich mechanisch bis zum Stillstand abgebremst und es wird eine Reversierung, also eine Öffnungsbewegung eingeleitet.
Es muss in diesem Zusammenhang noch die Frage beantwortet werden, warum - dVmax bei der zulässigen maximalen Krafteinwirkung von beispielsweise 150 Newton überschritten wird. Die Motor-Kennlinie und der Regelverstärkungsfaktor ergeben bei einer bestimmten externen Störkraft 3.9 einen reproduzierbaren Regelfehler dV. Diese beiden Faktoren erlauben es, die entsprechende positive 4.2 und vor allem negative Toleranzkurve 4.3 zu definieren.
Es wird beansprucht, dass die Ansprechwerte für ein Stoppen und Reversieren konstant bleiben. Diese Konstanthaltung wird durch die Addition des aktuellen Kompensationswertes Vk beim zweiten Vergleicher 3.2 erreicht. Der aktuelle Kompensationswert Vk wird bei jeder Lernfahrt neu ermittelt. Lernfahrt und Kompensationswertvermittlung werden wie folgt durchgeführt:
Der Sollwertgeber 3.5 weist, wie eingangs erwähnt, eine Lernfahrkurve 3.20 auf, welche bei Bedarf von der Aufzugssteuerung 3.17 mittels dem Fahrkurvenwähler 3.18 abgerufen wird. Gleichzeitig wird auch der Lernfahrtwähler 3.19 aktiviert und die Lernfahrt als Schliessbewegung mit konstanter und sehr kleiner Geschwindigkeit durchgeführt. Der dabei mit dem Lernfahrt-Rechner registrierte zeitliche Verlauf des Regelfehlers dV gibt in der Beschleunigungsphase den Hinweis auf die zu beschleunigende Masse und über den ganzen Verlauf die Information über die Reibungsverhältnisse anhand des festgestellten Regelfehlers dV. Mit ersterem wird ein Massekompensationswert 3.12 und mit letzterem ein Reibungskompensationwert 3.13 errechnet. Die beiden im vierten Vergleicher 3.4 zusammengezählten Kompensationswerte werden dann bei jeder normalen Schliessfahrt dem zweiten Vergleicher 3.2 zugeführt.
Auf diese Art werden sich langsam verändernde Reibungsverhältnisse laufend ausgeglichen, und es wird der Ansprechwert für die Schliesskraftbegrenzung konstant gehalten.
Die allererste Lernfahrt dient, wie allgemein üblich, der Wegdatenerfassung, womit dann die Eckpunkte, Beschleunigungen und Geschwindigkeiten für die Fahrkurven 3.21 und 3.22 definiert werden. Lernfahrten können, je nach Bedarf in beliebigen Zeitintervallen durchgeführt werden. Das kann beispielweise einmal in 24 Stunden sein oder gar bei jeder Türschliessung ohne Fahrbefehl für den Aufzug.
Bei übermässiger bzw. definierter Wirkungsgradverschlechterung werden keine Kompensationswerte Vk mehr erzeugt, aber anstelle dessen wird ein entsprechendes Störsignal an die Aufzugssteuerung gegeben. Für eine zügige Beschleunigung und damit auch für eine hohe erreichbare Türgeschwindigkeit insbesondere für die Öffnungsbewegung sind entsprechend hohe Motorströme erforderlich. Aufgrund der vorhandenen Wärmeträgheit eines Elektro- bzw. DC-Motors kann ein solcher kurzzeitig mit sehr hohen Strömen, welche ein Vielfaches des zulässigen Dauerstromes ausmachen ohne Schaden belastet werden. Eine Stromlimite ist einzig mit den Kohlebürsten und dem Kollektor gegeben, welche aber bei Bedarf entsprechend dimensioniert werden können. Es ist vorteilhaft eine Stromlimitierung inform einer elektronischen Sicherung als Halbleiterschutz in der Schaltelektronik vorzusehen. Es wird ferner beansprucht, dass der Einklemmschutz bis am Ende der Schliessbewegung wirksam bleibt. Mit dem beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung ist es möglich, die Schliesskraftbegrezung bis zum letzten Millimeter der Schiessbewegung wirken zu lassen. Das ist besonders wirkungsvoll gegen das Einklemmen und Verletzen von schmalen menschlichen Gliedmassen wie beispielsweise Hände und Finger, aber auch Kleidungsstücke. Die Wichtigkeit des Einklemmschutzes in der letzten Phase der Schliessbewegung ist auch noch unter einem weiteren Aspekt hervorzuheben. Wie die Figur 1 zeigt sind normaler Weise automatische Aufzugstüren 1 mit Sicherheitsleisten 1.11. ausgerüstet. Diese erfüllen aber ihre Funktionen nur bis auf eine bestimmte Distanz zueinander. Wenn sich die Türvorderkanten bei einer Schliessbewegung auf beispielweise fünf bis zwei cm angenähert haben, müssen die Detektionssysteme der Sicherheitsleisten zwecks Verhinderung von Eigendetektionen unempfindlicher oder gar abeschaltet werden.
Die Erfindung erfüllt hier die Forderung nach vollständigem Einklemmschutz bis zum letzten mm. In dieser Schlussphase der Schliessbewegung ist ferner die Türgeschwindigkeit so klein, dass die dynamische Kraftkomponente vernachlässigbar klein ist und nur der statische Anteil wirkt. Es ist auf Grund dieser Fakte sogar angezeigt, dass die Ansprechwerte der Schliesskraftbegrenzung, zwecks noch besserem Schutz der Aufzugsbenützer, erheblich unter dem vorgeschriebenen Höchstwert eingestellt werden können ohne Beeinträchtigung der Türoperationen.