Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem und ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems für bewegliche Flügel von Fenstern, Türen, Klappen oder dgl..
Aus der
In der Praxis sind außerdem Antriebssysteme mit mehreren Stellantrieben bekannt, welche jeweils eine eigene programmierbare Steuereinheit haben und untereinander über einen Datenbus kommunizieren. Die Stellantriebe greifen gemeinsam an einem zu bewegenden Flügel an und sind untereinander auf Gleichlauf geregelt, was über eine separate Steuerschaltung oder über eine Master-Slave-Anordnung erreicht wird. Zur Identifikation tauschen die Stellantriebe ihre eindeutige und für jeden Stellantrieb herstellerseitig fest vorgegebene Seriennummer aus.
Die
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Antriebstechnik aufzuzeigen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Produktanspruchs 1 bzw. des Verfahrensanspruchs 10.
Das beanspruchte Antriebssystem und das Verfahren zu dessen Betrieb, haben den Vorteil einer signifikanten Vereinfachung und Erleichterung des Systemaufbaus und der Inbetriebnahme. Aufwändige Einstellungen und Programmierungen der Antriebseinheiten bei der Inbetriebnahme sind entbehrlich.
Auch der Bau- und Steueraufwand sowie der Platzbedarf des Antriebssystems können wesentlich verringert werden.
Die Antriebstechnik ermöglicht es, beliebige Antriebseinheiten miteinander zu koppeln und über eine Steuerleitung zu vernetzen. Hierdurch können in einem Antriebssystem verschiedene Antriebseinheiten mit unterschiedlichen Funktionen betrieben werden. Auch deren Zahl kann variieren. Die Kontrolleinrichtung kann mit solchen unterschiedlichen Antriebseinheiten verbunden werden.
Dabei generieren die Steuereinheiten der verschiedenen Antriebseinheiten für sich jeweils eine eigene virtuelle Teilnehmerbezeichnung innerhalb des Antriebssystems und identifizieren sich hierüber. Dies kann insbesondere eine fortlaufende Nummer innerhalb der Gesamtzahl der Antriebseinheiten im Antriebssystem sein. Die Teilnehmerbezeichnung kann eine einfache Struktur und einen sehr kleinen Datenumfang haben. Sie kann z.B. nur aus einer einzelnen Nummer mit wenigen Stellen bestehen. Dies reduziert den Kommunikationsaufwand und erlaubt den Einsatz von kostengünstigen und weniger aufwändigen Steuerleitungen.
Die fortlaufende Folge der Bezeichnungen, insbesondere Nummerierungen, ermöglicht eine besonders einfache Überprüfung der Existenz und Funktionsfähigkeit der angeschlossenen Antriebseinheiten. Dies kann z.B. durch die Kontrolleinrichtung geschehen, welche das Prüfergebnis über eine Anzeige signalisieren und bei Fehlen einer Antriebseinheit das Antriebssystem auch blockieren kann. Die Kontrolleinrichtung kann andererseits einer Austausch-Antriebseinheit die virtuelle Teilnehmerbezeichnung der ersetzten Antriebseinheit zuweisen, was den Aufwand für die erneute Inbetriebnahme zusätzlich reduziert.
Die Antriebseinheiten können Standardeinheiten sein, die erst bei der Inbetriebnahme eine virtuelle Teilnehmerbezeichnung erhalten und hierüber miteinander kommunizieren. Dies erlaubt unterschiedlichste Systemkonfigurationen bei minimalem Planungs- und Inbetriebnahmeaufwand. Zudem können standardisierte Antriebseinheiten vom Lager eingesetzt werden.
Ein weiterer Vorteil besteht in der besonders einfachen Generierung einer Schließfolgesteuerung, was besonders für das Zusammenwirken von funktional unterschiedlichen Antriebseinheiten, insbesondere Stellantrieben und Verriegelungsantrieben, im Antriebssystem von Vorteil ist. Beim Öffnen eines geschlossenen Flügels haben die Verriegelungsantriebe Vorrang und blockieren die Stellantriebe bis sie ihre Entriegelungsstellung erreicht haben. Beim Schließen eines offenen Flügels ist der Ablauf umgekehrt, wobei die Stellantriebe die Verriegelungsantriebe blockieren, bis sie ihre Schließstellung erreicht haben und der geschlossene Flügel anschließend verriegelt werden kann. Auch hierfür ist der Aufwand für Installation, Programmierung und Steuerung minimal.
Erfindungsgemäß weisen die Kontrolleinrichtung und die Steuereinheiten jeweils einen Mikrocontroller auf.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Steuerleitung(en) des Antriebssystems als getakteter Bus ausgebildet ist/sind. Die Steuerleitung(en) des Antriebssystems kann/können jeweils ein Kabel mit einer oder mehreren Adern, insbesondere mit drei Adern, aufweisen.
In einer Variante weisen eine oder alle Antriebseinheit(en) eine separate Energieversorgung, insbesondere eine elektrische Stromversorgung, auf.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigt:
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem 1 mit mehreren Antriebseinheiten (4-8). Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Antriebssystems (1). Dies schließt die Initialisierung des Antriebssystems (1) ein.
Das in
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Antriebseinheiten (4,5,6) als Stellantriebe ausgebildet, die gemeinsam den Flügel (2) bewegen. Dies ist bevorzugt eine Schwenkbewegung, kann aber auch eine andere Kinematik sein. Die Stellantriebe (4,5,6) greifen nebeneinander am Flügel (2) an und bewegen diesen gemeinsam. Sie können dabei in ihren Bewegungen aufeinander abgestimmt, insbesondere synchronisiert sein.
Die beiden anderen Antriebseinheiten (7,8) sind als Verriegelungsantriebe ausgebildet, welche den Flügel (2) in seiner Schließstellung, z.B. an einem umgebenden stationären Rahmen, verriegeln. Die Antriebseinheiten (4-8) sind untereinander und mit der Kontrolleinrichtung (3) über eine Steuerleitung (13) verbunden. Sie können an diese z.B. parallel angeschlossen sein.
Die Energieversorgung von ein oder mehreren Antriebseinheiten (4-8) kann über eine separate Einrichtung (19) erfolgen, was z.B. beim Stellantrieb (4) schematisch dargestellt ist und auch bei den anderen Antriebseinheiten eingesetzt werden kann. Die Energieversorgung (19) kann z.B. eine elektrische Stromversorgung mit Gleich- oder Wechselspannung sein. Ein Anschluss kann z.B. an das Gebäudestromnetz mit 230 V Wechselstrom oder an eine Gleichstromversorgung mit 12 oder 24 V erfolgen. Alternativ kann die Energieversorgung der Antriebseinheiten (4-8) über die Steuerleitung (13) geschehen.
Die Steuerleitung (13) kann drahtgebunden oder drahtlos sein. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Steuerleitung (13) als Kabel mit einer oder mehreren Adern, z.B. mit drei Adern, ausgebildet. Die Steuerleitung (13) ist als getakteter Bus, insbesondere als Datenbus, ausgebildet. Dies kann ein Bus mit dominantem und rezessivem Pegel sein. Von den vorgenannten drei Adern kann eine Ader der Signal- und Datenübertragung dienen, wobei die beiden anderen Adern eine elektrische Stromversorgung bilden und durch ihre veränderliche Polung die Funktion, insbesondere die Öffnungs- und Schließrichtung vorgeben.
Die Kontrolleinrichtung (3) kann mit einem oder mehreren Betätiger(n) (15) verbunden sein. Dies kann z.B. ein Taster, eine Steuerschaltung, insbesondere eine RWA-Steuerung, ein Alarmgeber, Wind- oder Regensensor oder dgl. sein. Mittels elektrischer Betätigungsleitungen (17) sind der Betätiger (15) und die Kontrolleinrichtung (3) miteinander verbunden. Die Zahl und Anordnung der Betätiger (15) kann auch anders als in
Die Kontrolleinrichtung (3) ist programmierbar und weist hierfür einen Mikrocontroller mit einem Mikroprozessor und Peripherie, insbesondere Speichern für Daten und Programme, auf. Letztere können z.B. Programme zum Prüfen, Initialisieren und Steuern des Antriebssystems (1) und der angeschlossenen Antriebseinheiten (4-8) sein. Ferner kann die Kontrolleinrichtung (3) eine Anzeige (14), z.B. eine optische und/oder akustische Anzeige, insbesondere eine LED-Anzeige aufweisen. Die Kontrolleinrichtung (3) weist Kabelanschlüsse für die Leitungen (13,17) und ein Interface für die bidirektionale Kommunikation über die Steuerleitung (13) auf. Hierüber können Daten, insbesondere Meldungen und Befehle, über tragen werden.
Die Kontrolleinrichtung (3) kann eine geringe Baugröße in Form einer kleinen Platine mit den vorgenannten Komponenten haben, die an beliebiger Stelle sichtbar oder verborgen untergebracht werden kann. Sie lässt sich z.B. in einer Schaltdose, am oder im Flügel (2) oder dessen Rahmen oder in bzw. an einer Antriebseinheit (4-8) platzieren. Für die Inbetriebnahme ist ein Sichtkontakt zur Anzeige (14) vorteilhaft.
Die Antriebseinheiten (4-8) weisen jeweils eine programmierbare Steuereinheit (12) und ein Antriebsmittel (9) auf, welches von der Steuereinheit (12) gesteuert wird. Das Antriebsmittel (9) kann kann konstruktiv in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein, vorzugsweise als elektrischer Antrieb.
Das Antriebsmittel (9) kann z.B. einen bevorzugt steuerbaren Motor (10), insbesondere einen Elektromotor, und ein hiervon betätigtes Treibmittel (11) aufweisen, welches nach außen und insbesondere auf den Flügel (2) wirkt. Zudem kann eine Sensorik (18) vorhanden sein, welche ebenfalls mit der Steuereinheit (12) verbunden ist und der Funktionsüberwachung der jeweiligen Antriebseinheit (4-8) dienen kann. Hierüber kann z.B. die Position und/oder die Bewegung eines Treibelements (11) detektiert werden.
Bei den Stellantrieben (4,5,6) kann das Treibmittel (11) z.B. eine Schubkette sein. Alternativ kann das Treibmittel (11) als Zahnstange, Gewindespindel, Lenkergetriebe oder in beliebig anderer Art ausgebildet sein, um die Antriebsbewegung des Motors (10) zum Öffnen und Schließen auf den Flügel (2) zu übetragen.
Bei den Verriegelungsantrieben (7,8) kann das Treibmittel (11) in anderer Weise, z.B. als Verriegelungselement, ausgebildet sein. Falls eine Antriebseinheit zu anderen als den vorgenannten Zwecken eingesetzt wird, kann das Antriebsmittel (9) entsprechend anders ausgebildet und angepasst sein.
Die Steuereinheit (12) einer Antriebseinheit (4-8) weist ebenfalls einen Mikrokontroller mit einem Mikroprozessor und Speicher mit Daten und Programmen auf. Sie ist über ein Interface mit der Steuerleitung (13) für eine bidireaktionale Kommunikation mit Senden und Empfangen von Daten verbunden. Außerdem besteht die erwähnte Steuerverbindung zum Antriebsmittel (9). Die Steuereinheit (12), insbesondere der Mikrokontroller, weist auch einen nicht flüchtigen und beschreibbaren Speicher für eine nachfolgend erläuterte virtuelle Teilnehmerbezeichnung auf. Der Programmumfang beinhaltet Programme zum Steuern des Antriebselements (9), zur Datenkommunikation, zur Initialisierung und zur Auswertung der Signale von anderen Antriebseinheiten (4-8).
Ein Programm zur Generierung und Zuweisung einer individuellen Teilnehmerbezeichnung ist gespeichert, mit dem jede Steuereinheit (12) innerhalb des Antriebssystems (1) eine eigene virtuelle Teilnehmerbezeichnung generiert und sich selbst zuweist sowie im nichtflüchtigen und wiederprogrammierbaren Speicher ablegt. Mit dieser virtuellen Teilnehmerbezeichnung melden die Steuereinheiten (12) sich an der Kontrolleinrichtung (3) an.
Die virtuellen Teilnehmerbezeichnungen der Antriebseinheiten (4-8) sind untereinander unterschiedlich und identifizieren die jeweilige Antriebseinheit. Die virtuellen Teilnehmerbezeichnungen können von beliebiger Art sein. Bevorzugt wird eine alphanummerische Nummerierung, insbesondere in Form von Zahlen mit nur einer oder wenigen Stellen. Die virtuelle Teilnehmerbezeichnung kann fortlaufend sein. Sie kann insbesondere mit der Nummer oder Zahl 1 beginnen, wobei in der lückenlosen Folge die letzte Nummer die Gesamtzahl der im Antriebssystem (1) vorhandenen und angeschlossenen Antreibseinheiten (4-8) repräsentiert.
Bei der Inbetriebnahme des Antriebssystems (1) sendet die Kontrolleinrichtung (3) ein Initialisierungssignal an die angeschlossenen Antriebseinheiten (4-8) und deren Steuereinheiten (12). Diese generieren mittels des vorgenannten Programms jede für sich eine virtuelle Teilnehmerbezeichnung beginnend mit der niedrigsten, insbesondere der Nummer 1, und geben an die Steuerleitung (13) eine entsprechende Meldung aus. Die Generierung und Meldung der Steuereinheiten (12) erfolgt zu unterschiedlichen Zeiten, wobei die erste Meldung vor allen weiteren Vorrang hat und diese blockiert. Wenn die erste bzw. schnellste Steuereinheit (12) wirksam die erste Nummer gemeldet hat, weist sie sich diese Nummer als virtuelle Teilnehmerbezeichnung zu und speichert sie ab. Die anderen Steuereinheiten (12) erfahren durch diese vorrangige Meldung, dass es bereits eine erste virtuelle Teilnehmerbezeichnung gibt und dass ihre bisherige Nummernannahme damit unzutreffend ist und sie im nächsten Zyklus eine nächsthöhere Nummer wählen und melden müssen. Dieser iterative Zyklus kann mehrmals hintereinander ablaufen, bis alle Antriebseinheiten (4-8) für sich eine eigene virtuelle Teilnehmerbezeichnung zugewiesen und gespeichert haben.
Die virtuellen Teilnehmerbezeichnungen werden auch an die Kontrolleinrichtung (3) gemeldet, die hieraus Erkenntnisse, zumindest über die Zahl der angeschlossenen Antriebseinheiten (4-8) erhält. In der einfachsten Ausführungsform melden die Antriebseinheiten (4-8) nur die virtuelle Teilnehmerbezeichnung, sodass die Kontrolleinrichtung (3) keine weiteren Informationen über Art und Funktion sowie Anordnung der Antriebseinheiten (4-8) im Antriebssystem (1) und am Flügel (2) hat. An der Anzeige (14) kann die Kontrolleinrichtung (3) ein Quittungssignal und außerdem weitere Informationen, insbesondere über die Zahl der angeschlossenen und angemeldeten Antriebseinheiten (4-8) ausgeben.
Die Ansteuerung der Antriebseinheiten (4-8) zum Auslösen von deren Funktion, insbesondere zum Auslösen einer Öffnungs- oder Schließbewegung erfolgt über die Kontrolleinrichtung (3), wobei z.B. die Polung auf den Adern der Steuerleitung (13) entsprechend eingestellt wird. Auf dieses Ansteuersignal hin melden sich zunächst die Steuereinheiten (12) der Antriebseinheiten (4-8) mit ihrer virtuellen Teilnehmerbezeichnung, wobei die Kontrolleinrichtung (3) die Meldungen empfängt und auf Vollständigkeit überprüft. Wenn eine virtuelle Teilnehmerbezeichnung wegen Ausfalls einer Antriebseinheit (4-8) oder aus anderen Gründen fehlt, detektiert die Kontrolleinrichtung (3) eine Störung und blockiert die Antriebseinheiten (4-8).
Im Störungsfall kann die Kontrolleinrichtung (3) über die Anzeige (14) eine Meldung ausgeben. Außerdem kann die Kontrolleinrichtung (3) über die Betätigungsleitungen (17) oder auf andere Weise z.B. durch eine Funkeinheit, eine Störungsmeldung nach außen, z.B. an eine Wartungszentrale ausgeben.
Wenn eine fehlerhafte Antriebseinheit (4-8) bei einer Reparatur gegen eine neue Einheit ausgetauscht wird, bedarf das Antriebssystem (1) einer erneuten Inbetriebnahme. Hierbei kann die Initialisierungsphase verkürzt werden, indem die Kontrolleinrichtung (3) der neuen Antriebseinheit (4-8) die frühere virtuelle Teilnehmerbezeichnung der ausgetauschten Einheit für die Zuweisung und Speicherung übermittelt. Alternativ kann der vorbeschriebene Initialisierungsprozess ablaufen, wobei die vorhanden virtuellen Teilnehmerbezeichnungen der anderen Antriebseinheiten (4-8) gelöscht und dann neu generiert und zugewiesen werden.
Wenn auf das vorgenannte Ansteuersignal alle Antriebseinheiten (4-8) Betriebsbereitschaft melden, starten sie anschließend ihre Funktion, wobei über die Polung auf der Steuerleitung (13) die Laufrichtung vorgegeben wird. Wenn mehrere Antriebseinheiten, insbesondere die Stellantriebe (4-6), gemeinsam an einem Flügel (2) angreifen, kann eine Gleichlaufregelung durchgeführt werden. Dies ist auf unterschiedlicher Weise möglich, z. B. über die Kontrolleinrichtung (3) oder die Bestimmung eines der Stellantriebe (4-6) als Master und der anderen Stellantriebe als Slave. Hierbei wird über die Sensoriken (18) die Position und/oder Geschwindigkeit der Treibmittel (11) erfasst und ein Gleichlauf durch Bremsen der schnelleren oder Beschleunigen der langsameren Stellantriebe (4-6) erreicht. Über die virtuelle Teilnehmerbezeichnung ist hierbei eine Identifizierung der Sensorsignale und auch eine gezielte Ansteuerung des jeweiligen Antriebsmittels (9) möglich.
Das Antriebssystem (1) kann außerdem eine Schließfolgesteuerung haben. Bei einem geschlossenen Flügel (2) werden zunächst die Verriegelungsantriebe (7,8) entriegelt, wobei anschließend die Stellantriebe (4-6) den Flügel (2) öffnen können. Beim Schließen eines offenen Flügels (2) ist der Vorgang umgekehrt, wobei die Stellantriebe (4-6) zuerst den Flügel (2) schließen, der anschließend von den Verriegelungsantrieben (7,8) verriegelt wird. Die Schließfolgesteuerung kann vom Ansteuersignal, insbesondere von der Polung der Steuerleitung (13), abhängig sein. Die Steuereinheiten (12) der Antriebseinheiten (4-8) können hierfür ein entsprechendes Programm gespeichert haben.
Bei einem öffnenden Ansteuersignal starten die Verriegelungsantriebe (7,8) sofort, während die Stellantriebe (4-6) hierfür eine einprogrammierte Wartezeit haben. Sobald eine Antriebseinheit (4-8) in Funktion ist und läuft, gibt sie eine entsprechende Rückmeldung auf die Steuerleitung (13), die von der Kontrolleinrichtung (3) und von allen anderen Antriebseinheiten (4-8) empfangen wird. Wenn ein Stellantrieb (4-6) in der Wartezeit eine solche Meldung empfängt, verlängert die Steuereinheit (12) die Wartephase, bis das Meldesignal verschwindet. Dies ist der Fall, wenn der Verriegelungsantrieb (7,8) seine Endposition und Entriegelungsstellung erreicht hat. Erst dann beginnen die Stellantriebe (4-6) zu laufen.
Falls das Ansteuersignal ein Schließsignal ist, haben die Verriegelungsantriebe (7,8) hierfür eine einprogrammierte Wartezeit und warten ab, bis die sofort anlaufenden Stellantriebe (4-6) das Erreichen ihrer Endposition und die Schließstellung des Flügels (2) melden.
Falls das Öffnen eines Flügels (2) aus einer Zwischenstellung heraus erfolgen soll, haben die Verriegelungsantriebe (7,8) bereits ihre entriegelnde Endstellung erreicht, sodass sie keine blockierende Meldung auf der Steuerleitung (13) ausgeben. Die Stellantriebe (4-6) können in diesem Fall sofort nach Ablauf ihrer einprogrammierten Wartezeit anlaufen. Die Schließfolgesteuerung über Wartezeiten ist besonders einfach und kostengünstig.
Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsform sind in verschiedener Weise im Rahmen der durch die Ansprüche definierten Erfindung möglich. Das gezeigte Antriebssystem (1) betrifft einen einzelnen Flügel (2). Es kann alternativ auch auf mehrere Flügel ausgedehnt werden. Ferner ist es möglich, dass an einem Flügel (2) nur ein einzelner Stellantrieb angreift. Im Antriebssystems (1) können in Abwandlung des Ausführungsbeispiels nur gleichartige Antriebseinheiten, z.B. ausschließlich Stellantriebe, angeordnet sein.
In einer anderen Ausgestaltung können die Eintriebseinheiten Antriebseinheiten (4-8) eigene individuelle und vorgegebene Kennzeichnungen haben, die ggf. auch eine Information über die Art und Funktion der jeweiligen Antriebseinheit beinhalten. In diesem Fall kann die vorhandene Kennzeichnung anstelle einer virtuellen Teilnehmerbezeichnung benutzt werden. Außerdem kann die Art, Zahl und Anordnung der Antriebseinheit variieren. Diese können auch eine andere als die beschriebene Stell- und Verriegelungsfunktion haben. Abwandlungen sind auch hinsichtlich der Steuerleitung (13) möglich, die drahtlos realisiert werden kann, z.B. über eine Funkverbindung. Auch die Bustechnik kann variieren. Ferner können die Antriebseinheiten (4-8) im Betrieb ein Signal aussenden, das ihre jeweilige Art und Funktion kennzeichnet. Die Stell- und Verriegelungsantriebe emittieren z.B. unterschiedliche Signale, die für die Schließfolgesteuerung in den Steuereinheiten (12) empfangen und ausgewertet werden können.
Ferner sind konstruktive Abwandlungen der Komponenten des Antriebssystems (1) im Rahmen der durch die Ansprüche definierten Erfindung möglich. Das gezeigte elektrische Antriebsmittel (9) kann alternativ als fluidischer Antrieb mit entsprechend angepasster Energieversorgung ausgestaltet sein. Ein elektrisches Antriebsmittel (9) kann ebenfalls variiert und z.B. als Linearantrieb ausgeführt werden.
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