[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Karusselltüranordnung sowie ein Verfahren
zur Kompensation einer in Abhängigkeit einer Drehposition von extern ungleichförmig
auf einen Türflügel einer Karusselltüranordnung wirkenden Kraftschwankung.
[0002] Bekannt sind Karusselltüranordnungen, welche einen Asynchronmotor mit nachgeschaltetem
Getriebe aufweisen. Hierbei kommt typischerweise ein mehrstufiges Getriebe (z. B.
Schneckenradgetriebe, Zahnriemenstufen) zum Einsatz. Zum Antreiben des Drehkreuzes
der Karusselltüranordnung wird eine Vielzahnwelle genutzt, die fest mit der Antriebseinheit
verbunden ist. Dieses Antriebssystem wird zuerst in die Deckenkonstruktion eingebaut.
Anschließend wird das Drehkreuz inklusive der Türflügel montiert. Nachteilig an den
im Stand der Technik bekannten Ausführungen ist, dass die Türflügel im Laufe ihrer
Bewegung durch die Trommel/Pfosten eine ungleichförmige externe Reibungskraft erfahren.
Dies führt zu einem ungleichförmigen Moment, welches der elektrische Antrieb über
den Drehpositionen aufzubringen hat. Das Ergebnis sind Drehzahlschwankungen, welche
Komforteinbußen für den Anwender mit sich bringen. Überdies können Betriebsgeräusche
der Karusselltüranordnung ungleichförmig anmuten, worunter der Qualitätseindruck beim
Anwender leidet.
[0003] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Karusselltüranordnung und ein
Verfahren anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile ausräumen.
[0004] Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
[0005] Somit wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Kompensation einer in Abhängigkeit
einer Drehposition von extern ungleichförmig auf einen Türflügel einer Karusselltüranordnung
wirkenden Kraftschwankung gelöst. Die Karusselltüranordnung umfasst einen den Türflügel
tragendes Drehkreuz, eine Auswerteeinheit und einen elektrischen Antrieb mit einem
Stator und einem Rotor. Das Drehkreuz umfasst zumindest zwei Türflügel und ist um
eine Drehachse drehbar gelagert, wobei entlang der Drehachse eine Axialrichtung und
senkrecht zur Axialrichtung eine Radialrichtung definiert sind. Der elektrische Antrieb
kann bspw. als elektronisch kommutierter Vielpolmotor mit einem Stator umfassend ein
Statorblechpaket und mehrere Spulen, und einen Rotor umfassend ein Rotorblechpaket
und mehrere Permanentmagneten ausgebildet sein. Der Rotor ist koaxial zur Drehachse
anordenbar und mit dem Drehkreuz zum direkten, getriebelosen Antrieb verbindbar. Eine
Auswerteeinheit ist eingerichtet, logische Schritte für den Betrieb der Karusselltüranordnung
auszuführen. Die Auswerteeinheit kann als elektronisches Steuergerät verstanden werden.
Sie kann einen programmierbaren Prozessor, einen Mikrocontroller o. Ä. aufweisen.
Die vorstehend beschriebene Hardware wird erfindungsgemäß wie folgt betrieben. Zunächst
wird das Drehkreuz (in einer Lernfahrt) rotiert. Dies kann mittels des Antriebs erfolgen.
Hierbei wird die von extern auf den Türflügel wirkende Kraftschwankung und/oder Drehgeschwindigkeitsschwankung
und/oder Drehmomentschwankung in Abhängigkeit der Drehposition ermittelt. Beispielsweise
kann ein Kraftsensor, ein Stromsensor oder ein hochauflösender Positionssensor verwendet
werden, um die Ungleichförmigkeit der genannten Betriebsgrößen über den Drehpositionen
zu ermitteln. Aus den ermittelten Ungleichförmigkeiten der Betriebsparameter kann
anschließend ein Signal ermittelt werden, welches sich zur Kompensation der Ungleichförmigkeiten
eignet. Sofern das Drehkreuz während der Lernfahrt in einem geregelten Modus betrieben
wird, sind zwar Kraftschwankungen und/oder Drehmomentschwankungen ermittelbar, jedoch
nur geringe Drehgeschwindigkeitsschwankungen. In diesem Fall eignen sich die tatsächlich
durch das Regelungsverfahren erzeugten Werte aufgrund der Periodizität der Kraftschwankungen/Drehmomentschwankungen
zum Anlegen einer entsprechenden Vorsteuerung, auf welche weiter unten eingegangen
wird. Zur Kompensation der Kraft-/Drehgeschwindigkeits-und/oder Drehmomentschwankung
wird der Stator nach Beenden der Lernfahrt mit einem anhand der in Abhängigkeit der
Drehposition ermittelten Schwankungsgrößen vordefinierten elektrischen Signals angesteuert.
Das vordefinierte elektrische Signal wurde also aufgrund der Erkenntnisse über die
Kraftschwankung während der Lernfahrt erstellt und derart bemessen, dass die Kraftschwankungen
bzw. Drehmomentschwankungen sich nicht in einer Drehgeschwindigkeitsschwankung über
den Drehpositionen des Drehkreuzes äußern. Dies schließt nicht aus, dass eine erfindungsgemäß
vorgenommene Kompensation erneut einer erfindungsgemäßen Lernfahrt unterzogen wird,
um die ggfs. verbleibenden Drehzahlschwankungen anschließend noch besser kompensieren
zu können und/oder im Laufe der Zeit veränderte Ungleichförmigkeiten (z. B. durch
veränderte Reibparameter, abgenutzte Bürsten an den Türflügeln o. Ä.) zu erkennen
und zu kompensieren. Im Ergebnis hat eine erfindungsgemäß ausgestaltete Karusselltüranordnung
eine gleichförmige Rotationsbewegung und ein ebenmäßiges Klangbild.
[0006] Das elektrische Signal kann bspw. hinsichtlich einer Spannung und/oder eines Stroms
und/oder einer Amplitude und/oder einer Frequenz und/oder eines Puls-Pause-Verhältnisses
(im Falle einer Pulsweitenmodulation, PWM) vordefiniert bzw. vorgesteuert sein. Beispielsweise
kann eine elektrische Gleichspannung als Betriebsspannung mittels einer Auswerteeinheit
in geeignete Pulse zerhackt werden, welche ein zur Kompensation der Kraftschwankung
geeignetes elektrisches Signal an den elektrischen Antrieb übermittelt. Dies schließt
nicht aus, dass zwischen der Auswerteeinheit und der Endstufe des Antriebs weitere
Signalverarbeitungsschritte ausgeführt werden.
[0007] Bevorzugt wird ein im Antrieb angeordneter Positionssensor verwendet, welcher der
Auswerteeinheit Aufschluss über die aktuelle Position des Rotors/des Drehkreuzes gibt.
Beispielsweise können Hallsensoren im Stator des Antriebs angeordnet sein, welche
das Magnetfeld des Rotors empfangen und entsprechende elektrische Signale an eine
Auswerteeinheit weiterleiten. Anhand einer Referenz kann die Auswerteeinheit die absolute
und/oder die relative Position des Drehkreuzes ermitteln und die Kraftschwankungen
ebenso wie die Parameter des vordefinierten elektrischen Signals den Drehpositionen
des Drehkreuzes zuordnen.
[0008] Die während der Lernfahrt ermittelten Daten bezüglich der Kraftschwankung/Drehgeschwindigkeitsschwankung/Drehmomentschwan
kung (in Abhängigkeit des gewählten Ansteuerverfahrens) können eine Stromaufnahme
des elektrischen Antriebs und/oder eine elektrische Spannung an den Anschlüssen des
Stators des elektrischen Antriebs über den Drehpositionen repräsentieren und/oder
Drehpositionen des Drehkreuzes über der Zeit kennzeichnen. Die elektrische Spannung
bzw. der elektrische Strom, welche während der Lernfahrt in einem geregelten Betrieb
verwendet wurden, um die Kraftschwankungen/Drehgeschwindigkeitsschwankungen zu kompensieren,
können über den Drehpositionen des Drehkreuzes oder über der Zeit einer vollständigen
Drehung des Drehkreuzes aufgetragen werden. Da jedes noch so gute Regelsystem die
Gesetze der Kausalität respektiert, werden die zur Kompensation der Kraftschwankung
eingespeisten elektrischen Größen Spannung/Strom zeitlich und räumlich den Positionen
nacheilen, an welchen sie eigentlich erforderlich sind. Bevorzugt können sie daher
den Drehpositionen des Drehkreuzes zugeordnet werden, so dass anschließend durch Verschieben
gegenüber den Drehpositionen in Richtung vorangegangener Drehpositionen ein noch besser
geeignetes elektrisches Signal (Vorsteuersignal, Vorsteuertabelle) vordefiniert werden
kann. Je nach Auflösung der Drehpositionserkennung können die per Regelung ermittelten
Werte also jeweils einer nächstliegend vorangegangenen Drehposition oder einer um
mehrere Drehpositionen vorangegangenen Drehposition zugeordnet werden. Die Verschiebungsweite
der Regelwerte hängt insbesondere von dem Zeitversatz des verwendeten Reglers auf,
welcher sich zwischen dessen Eingangssignal und korrespondierendem Ausgangssignal
ergibt.
[0009] Bei der erfindungsgemäßen Lernfahrt werden auch Pfostenüberfahrten eingelernt. Beim
Überfahren der Vertikalpfosten der Trommelwände durch die Bürsten der Türflügel kommt
es üblicherweise zu einem leichten Abbremsen der Tür. Hierdurch wird der gleichmäßige
Rundlauf der Karusselltür beeinträchtigt. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht
darin, die Gleichlaufeigenschaften von Karusselltüren zu verbessern. Nachfolgend wird
eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Lösung mit anderen Worten wiedergegeben:
Das Verfahren dient der Steuerung einer Karusselltüranlage, welche eine Karusselltür
mit einem Drehkreuz und wenigstens eine Steuerung aufweist. Das Drehkreuz ist antreibend
mit wenigstens einem elektrischen Antrieb wirkverbunden. Während einer Lernfahrt erfasst
die Steuerung den Motorstrom und/oder die Motorspannung des elektrischen Antriebs.
Die Steuerung erfasst zudem Positionsinformationen, welche die Winkelposition des
Rotors des elektrischen Antriebs repräsentieren. Anschließend wird ein Steuersignal
durch die Steuerung zur Beschleunigung der Karusselltür mittels des elektrischen Antriebs
auf eine konstante Winkelgeschwindigkeit erzeugt. Nach Erreichen der konstanten Winkelgeschwindigkeit
wird eine Veränderung des Motormoments bzw. der Motorspannung mit dem korrespondierenden
Positionsinformationen gespeichert, bei welchen eine Veränderung des Motorstroms und/oder
der Motorspannung aufgetreten ist. In der Steuerung können Informationen einer Veränderung
des Motorstroms und/oder einer Motorspannung mit korrespondierenden Positionsinformationen
gespeichert sein, bei denen eine Veränderung des Motorstroms bzw. der Motorspannung
vorzunehmen ist. Hierzu können zunächst Positionsinformationen erfasst werden, eine
Anpassung des Motorstroms bzw. der Motorspannung um den Betrag der gespeicherten Veränderung
des Motorstroms und/oder der Veränderung der gespeicherten Motorspannung vor einem
oder beim nächsten Überfahren der gespeicherten Positionsinformationen vorgenommen
werden und eine Anpassung des Motorstroms bzw. der Motorspannung um den Betrag der
gespeicherten Veränderung des Motorstroms bzw. der Veränderung der gespeicherten Motorspannung
nach dem Überfahren der gespeicherten Positionsinformationen vorgenommen werden.
[0010] Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Karusselltüranordnung
vorgeschlagen, welche ein Drehkreuz aufweist, welches mindestens einen Türflügel,
bevorzugt zwei, drei, vier, fünf oder mehr Türflügel aufweist. Weiter sind eine Auswerteeinheit
und ein elektrischer Antrieb mit einem Stator und einem Rotor zum rotatorischen Antreiben
des Drehkreuzes vorgesehen. Der Rotor ist koaxial zu einer Drehachse des Drehkreuzes
anordenbar und mit dem Drehkreuz zum direkten, getriebelosen Antrieb verbindbar. Die
Auswerteeinheit ist eingerichtet, die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
wie es in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt oben im Detail beschrieben
ist, auszuführen. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden
Vorteile entsprechen derart ersichtlich denjenigen des erstgenannten Erfindungsaspektes,
dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
[0011] Der Stator des elektrischen Antriebs kann zur feststehenden Montage vorgesehen sein.
Insbesondere kann er eingerichtet sein, an einer Decke (z. B. eine abgehängte Decke
und/oder eine Betondecke) befestigt zu werden. Der Stator kann derart auf der Achse
des Türkreuzes angeordnet sein, dass er gemeinsam mit dem Rotor einen koaxial zur
Achse des Drehkreuzes angeordneten Luftspalt ausbildet. Mit anderen Worten ist bevorzugt
kein Getriebe zwischen dem Antrieb und dem Drehkreuz vorgesehen. Im Ergebnis ist eine
spielfreie kinematische Beziehung zwischen dem Antrieb und dem Drehkreuz gegeben.
[0012] Die Karusselltüranordnung kann weiter einen Frequenzumrichter aufweisen, welcher
bevorzugt auch die Auswerteeinheit und eine Endstufe zur Ansteuerung des elektrischen
Antriebs aufweist. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, durch eine Pulsweitenmodulation
einen Parameter eines elektrischen Signals zur Ansteuerung des elektrischen Antriebs
zu realisieren. Der Frequenzumrichter ist eingerichtet, in Abhängigkeit des pulsweitenmodulierten
Signals die Endstufe mit einer mehrphasigen Repräsentation des elektrischen Signals
anzusteuern. Mit anderen Worten kann ein Leistungssignal mittels der Endstufe erzeugt
werden, welches eine Bestromung des Antriebs in Abhängigkeit eines Ausgangssignals
der Auswerteeinheit ermöglicht. Die zum Betrieb der erfindungsgemäßen Karusselltüranordnung
erforderlichen Komponenten können somit bestmöglich aufeinander abgestimmt sein. Bevorzugt
können sie in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Das Gehäuse kann den Frequenzumrichter,
die Endstufe und die Auswerteeinheit umfassen. Das Gehäuse kann einen (insbesondere
gemeinsamen) Anschluss für eine Betriebsspannung der vorgenannten Komponenten aufweisen.
Insbesondere kann auch der Antrieb über die Betriebsspannung mit elektrischer Energie
versorgt werden.
[0013] Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, auf Basis eines Positionssensors im elektrischen
Antrieb eine aktuelle Drehzahl, eine aktuelle Position und/oder eine aktuelle Geschwindigkeit
des Drehkreuzes zu ermitteln. Der Positionssensor kann mindestens einen, bevorzugt
zwei, insbesondere drei oder mehr Hallsensoren aufweisen. Die Positionssensorik kann
zudem einen Geber auf dem Rotor des Antriebs aufweisen. Dieser kann im Rahmen einer
Lernfahrt zur Identifikation einer absoluten Drehkreuzposition verwendet werden. Er
kann ebenfalls eine magnetische Wirkungsweise (z.B. ein Permanentmagnet in Verbindung
mit einem Hallsensor) aufweisen. Die Hallsensoren können insbesondere im Stator des
elektrischen Antriebs angeordnet sein und eingerichtet sein, in Abhängigkeit eines
mittels des Rotors erzeugten magnetischen Wechselfeldes ein Signal zu erzeugen, mithilfe
dessen die Positionierung, die Drehzahl und/oder die aktuelle Geschwindigkeit des
Rotors (und somit des Drehkreuzes) zu ermitteln sind. Der elektrische Antrieb kann
als bürstenloser Motor ausgeführt sein. Im Ergebnis ergeben sich ein hocheffizienter
elektrischer Antrieb und eine exakte Positionierung des Rotors mittels des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
[0014] Nachfolgend wird die Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen im Detail erläutert.
Dabei zeigen:
- Fig. 1
- eine Karusselltüranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 2
- die Karusselltüranordnung in einer Schnittdarstellung;
- Fig. 3
- wesentliche Bestandteile der Karusselltüranordnung in einer Explosionsdarstellung;
- Fig. 4
- ein Schema zur Erzeugung einer Vorsteuertabelle bzw. zur Erzeugung eines vordefinierten
elektrischen Signals aus Regelwerten;
- Fig. 5
- ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Verfahrens; und
- Fig. 6
- ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Karusselltüranordnung.
[0015] Fig. 1 zeigt eine isometrische Ansicht einer Karusselltüranordnung 1. Die Karusselltüranordnung
1 umfasst ein Drehkreuz 2. Dieses Drehkreuz 2 weist vier Türflügel 3 auf. Die Türflügel
3 sind jeweils um 90° zueinander abgewinkelt. Das Drehkreuz 2 ist um eine Drehachse
4 drehbar angeordnet. Die Drehachse 4 streckt sich in Axialrichtung 5. Senkrecht zur
Axialrichtung 5 ist eine Radialrichtung 6 definiert. Um die Axialrichtung 5 ist eine
Umfangsrichtung 7 definiert.
[0016] Auf dem Drehkreuz 2 ist ein Antrieb 8 angeordnet. Dieser Antrieb 8 ist als elektronisch
kommutierter Vielpolmotor ausgebildet. Der Rotor 17 (s. Fig. 2) dieses Antriebs 8
ist koaxial zur Drehachse 4 mit dem Drehkreuz 2 verbunden. Dadurch ermöglicht der
Antrieb 8 einen direkten und getriebelosen Antrieb des Drehkreuzes 2.
[0017] Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Karusselltüranordnung 1. Von der Karusselltüranordnung
1 ist lediglich der Antrieb 8 gezeigt.
[0018] Der Antrieb 8 umfasst einen Stator 10 und den Rotor 17. Wie Fig. 1 zeigt, ist der
Antrieb 8 über dem Drehkreuz 2 angeordnet. Dabei befindet sich der Rotor 17 zwischen
dem Drehkreuz 2 und dem Stator 10.
[0019] Fig. 2 zeigt ein drehfest mit dem Rotor 17 verbundenes Verbindungselement, ausgebildet
als Vielzahnwelle. Über dieses Verbindungselement ist das Drehkreuz 2 drehfest mit
dem Rotor 17 verbunden.
[0020] Der Stator 10 umfasst eine Statorscheibe 12. Am äußeren Umfang der Statorscheibe
12 ist ein Statorblechpaket 11 angeordnet. Auf diesem Statorblechpaket 11 stecken
die einzelnen Spulen 13 des Stators 10.
[0021] Jede Spule umfasst einen Spulenkörper 14, beispielsweise aus Kunststoff. Auf diesem
Spulenkörper 14 befinden sich die Wicklungen 15 der einzelnen Spule 13.
[0022] Der Rotor 17 umfasst eine Rotorscheibe 43. Diese Rotorscheibe 43 liegt der Statorscheibe
12 gegenüber. Zwischen den beiden Scheiben 43, 12 ist das Statorblechpaket 11 mit
den Spulen 13 angeordnet. Am äußeren Umfang der Rotorscheibe 43 ist ein Rotorblechpaket
18 angeordnet. Radial innerhalb des Rotorblechpaketes 18 sind auf dem Rotorblechpaket
18 mehrere Permanentmagneten 19 angeordnet.
[0023] Im Bereich der Drehachse 4 sind zwischen der Statorscheibe 12 und der Rotorscheibe
43 ein Axiallager 20 und ein Radiallager 21 ausgebildet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
sind das Axiallager 20 und das Radiallager 21 als Gleitlager ausgebildet.
[0024] In Fig. 2 ist weiter ein Ausführungsbeispiel eines Frequenzumrichters 25 dargestellt,
welcher über einen Anschluss 27 für eine Betriebsspannung verfügt. Innerhalb des Frequenzumrichters
25 sind eine Auswerteeinheit 9, ein Motor-IC 36 (integrierter Schaltkreis zur Antriebssteuerung)
und eine Endstufe 26 zur Ansteuerung des Antriebs 8 vorgesehen. Die Auswerteeinheit
9, der Motor-IC 36 und die Endstufe 26 werden in Verbindung mit Fig. 4 eingehender
diskutiert.
[0025] Der in Fig. 1 gezeigte Antrieb 8 ist Bestandteil der Karusselltüranordnung 1. Diese
Karusselltüranordnung 1 ist im Schnitt in Fig. 2 gezeigt. Zur Karusselltüranordnung
1 zählt neben dem Antrieb 8 eine Adaptereinheit 101. Diese Adaptereinheit 101 wird
zur Montage des Antriebs 8 an einer übergeordneten Deckenkonstruktion 103 verwendet.
Im gezeigten Beispiel umfasst die Deckenkonstruktion 103 zwei parallele horizontale
Träger.
[0026] Die Adaptereinheit 101 umfasst zumindest ein Deckenbefestigungselement 102. Dieses
ist hier als rechtwinklig gebogener Winkel ausgebildet. Das Deckenbefestigungselement
102 wird über eine Verschraubung und entsprechende Nutsteine in den Profilen der Deckenkonstruktion
103 befestigt.
[0027] Die Adaptereinheit 101 umfasst ferner eine Adapterplatte 107. Mit dieser Adapterplatte
107 ist das Deckenbefestigungselement 102 fest verbunden, beispielsweise verschweißt.
[0028] Am Umfang der Adapterplatte 107 sind mehrere Fixierungselemente 104 der Adaptereinheit
101 befestigt. Diese Fixierungselemente 104 dienen jeweils zur Befestigung eines Unterdeckenelementes
105.
[0029] Die Adaptereinheit 101 umfasst ferner zumindest ein Antriebsbefestigungselement 106.
Dieses ist hier als Verschraubung ausgebildet und dient zur Befestigung des Antriebs
8 an der Adaptereinheit 101, insbesondere an der Adapterplatte 107.
[0030] Fig. 2 und 3 zeigen bevorzugte Vorfixiereinheiten 110. Diese Vorfixiereinheiten 110
umfassen hier einen Schnapphaken. Dadurch ist es möglich, den Antrieb 8 von unten
an die Adapterplatte 107 anzuheben. Dabei rasten die Vorfixiereinheiten 110 ein und
der Antrieb 8 ist an der Adaptereinheit 110 vorfixiert. Daraufhin können die als Verschraubungen
ausgebildeten Antriebsbefestigungselemente 106 gesetzt werden.
[0031] Ferner zeigt die Darstellung in Fig. 3 eine bevorzugte Anschlussaussparung 111 in
der Adapterplatte 107. Über diese Anschlussaussparung 111 ist eine elektrische Kontaktierung,
insbesondere ein oder zwei Stecker, innerhalb des Antriebs 8 von oben zugänglich.
[0032] Der Antrieb 8 weist Positionssensoren 28 in Form von Hallsensoren auf, welche am
Umfang des Stators angeordnet sind. Die Positionssensoren 28 sind eingerichtet, (nicht
dargestellte) Positionsgeber am (nicht dargestellten) Rotor zu erkennen und eine Drehposition
des Antriebs 8 an die (nicht dargestellte) Auswerteeinheit zu melden.
[0033] Fig. 4 zeigt eine Tabelle, in welcher exemplarische Drehpositionen 32 durch einheitenlose,
aufsteigende Ziffern gekennzeichnet werden. In der darunterliegenden Zeile werden
Regelwerte 33 dargestellt, welche in einer Lernfahrt zur Erzeugung eines gleichmäßigen
Drehzahlverhaltens der Karusselltüranordnung verwendet wurden. In den ersten drei
Drehpositionen 32 (1, 2, 3) wurden identische Regelwerte 33 (5, 5,5) verwendet. Eine
Kraftschwankung im Bereich der nächsthöheren Drehpositionen 32 (4, 5) führt zu erhöhten
Regelwerten 33 (7, 6). Hinsichtlich höherer Drehpositionen 32 (6, 7) wurden wieder
die eingangs verwendeten Regelwerte 33 (5,5) verwendet. Zur Erzeugung geeigneter Vorsteuerwerte
34 wurden die Regelwerte 33 (7, 6) in der dargestellten Tabelle in Richtung vorangegangener
Drehpositionen 32 (3, 4) verschoben. Auf diese Weise wird bei Ansteuerung des elektrischen
Antriebs einer erfindungsgemäßen Karusselltüranordnung vermieden, dass Drehzahlschwankungen
im Zuge einer Regelung eigentlich zu spät angelegt werden. Mit anderen Worten werden
die zur Kompensation erforderlichen elektrischen Signale zeitlich und bezüglich ihrer
Drehpositionen vorgezogen auf den Stator des elektrischen Antriebs gelegt, um eine
bestmögliche Kompensation der periodischen externen Kraftschwankungen zu erzeugen.
[0034] Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kompensation einer in Abhängigkeit einer Drehposition
von extern ungleichförmig auf einen Türflügel einer Karusselltüranordnung wirkenden
Kraftschwankung. In Schritt S100 wird im Zuge einer Lernfahrt das Drehkreuz der Karusselltüranordnung
rotiert. In Schritt S200 wird die von extern auf den Türflügel wirkende Kraftschwankung
durch eine Drehgeschwindigkeitsschwankung ermittelt. Dies schließt nicht aus, dass
durch ein Regelungsverfahren unmittelbar versucht wird, die Drehgeschwindigkeitsschwankung
zu kompensieren. Lediglich eine Kenngröße für die Kraftschwankung/Drehgeschwindigkeitsschwankung
ist im Zuge der Lernfahrt aufzunehmen und in Abhängigkeit der Drehposition abzuspeichern.
In Schritt S300 wird eine Vielzahl durch eine Regelung zur Kompensation der Kraftschwankung
bzw. Drehgeschwindigkeitsschwankung erhaltener Werte für ein Regelsignal über den
Drehpositionen des Drehkreuzes angelegt. Insbesondere können diskrete Drehpositionen
mit einem jeweiligen Regelwert versehen und abgespeichert werden. Im Schritt S400
wird zur Erzeugung des elektrischen Signals eine Verschiebung der Werte gegenüber
den zugehörigen Drehpositionen vorgenommen, wodurch eine Vorsteuertabelle bzw. ein
Vorsteuersignal erzeugt werden. Hierbei werden die während der Regelung erzeugten
elektrischen Werte einer unmittelbar vorausliegenden Drehposition zugeordnet, um eine
frühestmögliche Kompensation der periodisch auftretenden Kraftschwankung zu erzeugen.
Anschließend wird in Schritt S500 der Stator des elektrischen Antriebs mit einem anhand
der Vorsteuertabelle vordefinierten elektrischen Signal angesteuert, um die Drehgeschwindigkeitsschwankungen
des Drehkreuzes zu kompensieren.
[0035] Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Karusselltüranordnung. Über einen Anschluss 27 wird eine Betriebsspannung in Höhe
von 24V an das elektrische System angeschlossen. Ein DC/DC-Wandler 41 speist einen
Mikrocontroller als Auswerteeinheit 9 mit einer Spannung von 5V oder wahlweise 3,3V.
Überdies wird die Betriebsspannung über eine Diode 42 auf einen Motor-IC 36 und eine
Endstufe 26 für eine Bestromung des Stators 10 gegeben. Die Motorspannung kann bspw.
in einem vordefinierten Bereich liegen. Der Mikrocontroller kann weitere Eingangsgrößen
(nicht dargestellt) aufweisen. Bspw. können die Hallsensoren zur Ermittlung einer
Drehposition des Antriebs an den Mikrocontroller angeschlossen sein. Der Mikrocontroller
liefert pulsweitenmodulierte Signale zur Ansteuerung der Endstufe an den Motor-IC
36. Diese weisen ebenfalls einen Pegel von 5V bzw. 3,3V auf. Die pulsweitenmodulierten
Signale dienen der Ansteuerung der drei Phasen U, V, W des Stators 10 z. B. mit 6
Signalen U_H, U_L, V_H, V_L, W_H, W_L (H - High, L - Low). Überdies sind eine Steuerleitung
39 und eine Fehlermeldungs-Leitung ("Error-Reporting") 40 zwischen dem Mikrocontroller
und dem Motor-IC 36 vorgesehen. Mittels des Motor-IC 36 können High/Low-Signale mit
angepassten Spannungspegeln GH_U, GL_U, GH_V, GL_V, GH_W, GL_W zur Ansteuerung der
MOSFETS der Endstufe 26 ausgegeben werden. Überdies dient der Motor-IC 36 zur Kurzschlussprävention
für die Ansteuerung der Endstufe 26. Mit anderen Worten wird vermieden, dass in einem
gemeinsamen Brückenzweig angeordnete Transistoren der Endstufe 26 zeitgleich leitend
geschaltet werden und die Endstufe hierdurch Schaden nimmt. Auch die Ansteuersignale
GH_U, GL_U, GH_V, GL_V, GH_W, GL_W sind als pulsweitenmodulierte Signale ausgeführt.
Das jeweilige High (H)-Signal stellt jedoch im Wesentlichen die jeweilige Pegelumkehr
des Low (L)-Signals für die Phasen U, V, W dar, wobei eine Totzeit zur Vermeidung
des oben genannten Kurzschlusses zwischen den Flanken der Signale liegt. Der Mikrocontroller,
der Motor-IC 36 und die Endstufe 26 sind als Bestandteile eines Frequenzumrichters
25 dargestellt, dessen Bestandteile in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein können.
Insbesondere können die Bestandteile des Frequenzumrichters 25 auf einer gemeinsamen
Platine angeordnet sein.
Bezugszeichenliste
[0036]
- 1
- Karusselltüranordnung
- 2
- Drehkreuz
- 3
- Türflügel
- 4
- Drehachse
- 5
- Axialrichtung
- 6
- Radialrichtung
- 7
- Umfangsrichtung
- 8
- Antrieb
- 9
- Auswerteeinheit
- 10
- Stator
- 11
- Statorblechpaket
- 12
- Statorscheibe
- 13
- Spulen
- 14
- Spulenkörper
- 15
- Wicklung
- 17
- Rotor
- 18
- Rotorblechpaket
- 19
- Permanentmagneten
- 20
- Axiallager
- 21
- Radiallager
- 25
- Frequenzumrichter
- 26
- Endstufe
- 27
- Anschluss für Betriebsspannung
- 28
- Positionssensor
- 36
- Motor-IC
- 39
- Steuerleitung
- 40
- Error Reporting
- 41
- DC/DC-Wandler
- 42
- Diode
- 43
- Rotorscheibe
- 101
- Adaptereinheit
- 102
- Deckenbefestigungselement
- 103
- Deckenkonstruktion
- 104
- Fixierungselement
- 105
- Unterdeckenelemente
- 106
- Antriebsbefestigungselemente
- 107
- Adapterplatte
- 110
- Vorfixiereinheit
- 111
- Anschlussaussparung
- 112
- Abdeckscheibe
- S100-S500
- Verfahrensschritte
1. Verfahren zur Kompensation einer in Abhängigkeit einer Drehposition von extern ungleichförmig
auf einen Türflügel (3) einer Karusselltüranordnung (1) wirkenden Kraftschwankung,
wobei die Karusselltüranordnung (1) umfasst:
- ein den Türflügel (3) tragendes Drehkreuz (2),
- eine Auswerteeinheit (9) und
- einen elektrischen Antrieb (8) mit
- einem Stator (10) und
- einem Rotor (17)
wobei der Rotor (17) koaxial zu einer Drehachse (4) des Drehkreuzes (2) anordenbar
und mit dem Drehkreuz (2) zum direkten, getriebelosen Antrieb verbindbar ist, und
das Verfahren die Schritte umfasst:
- Rotieren (S100) des Drehkreuzes (2),
- Ermitteln (S200) der von extern auf den Türflügel (3) wirkenden Kraftschwankung
und/oder einer Drehgeschwindigkeitsschwankung und/oder Drehmomentschwankung in Abhängigkeit
der Drehposition und
- Ansteuern (S500) des Stators (10) mit einem anhand der in Abhängigkeit der Drehposition
ermittelten Kraftschwankung und/oder der Drehgeschwindigkeitsschwankung vordefinierten
elektrischen Signal, mittels dessen die Kraftschwankung und/oder die Drehgeschwindigkeitsschwankung
und/oder die Drehmomentschwankung kompensiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das elektrische Signal hinsichtlich
- einer Spannung und/oder
- eines Stroms und/oder
- einer Amplitude und/oder
- einer Frequenz und/oder
- eines Puls-Pause-Verhältnisses
vordefiniert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 weiter umfassend
- Verwenden eines im elektrischen Antrieb (8) angeordneten Positionssensors (28) zum
Ermitteln der Kraftschwankung bzw. der Drehgeschwindigkeitsschwankung.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche weiter umfassend die Schritte:
- Ausführen einer Lernfahrt und
- Abspeichern von Daten repräsentierend eine sich während der Lernfahrt einstellenden
- Kraftschwankung und/oder
- Drehgeschwindigkeitsschwankung und/oder
- Drehmomentschwankung
in Abhängigkeit der Drehposition.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Daten
- eine Stromaufnahme des elektrischen Antriebs (8) und/oder
- eine elektrische Spannung an den Anschlüssen des elektrischen Antriebs (8) über
den Drehpositionen repräsentieren und/oder
- Drehpositionen des Drehkreuzes über der Zeit repräsentieren.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche weiter umfassend
- Ermitteln (S300) einer Vielzahl durch eine Regelung zur Kompensation der Kraftschwankung
und/oder der Drehgeschwindigkeitsschwankung und/oder der Drehmomentschwankung erhaltener
Werte (33) für ein Regelsignal über den Drehpositionen (32) des Drehkreuzes (2) und
- Verschieben (S400) der Werte (33) gegenüber den zugehörigen Drehpositionen zur Erzeugung
des elektrischen Signals (34).
7. Karusselltüranordnung mit
- einem einen Türflügel (3) tragenden Drehkreuz (2),
- einer Auswerteeinheit (9) und
- einem elektrischen Antrieb (8) mit
- einem Stator (10) und
- einem Rotor (17)
wobei der Rotor (17) koaxial zu einer Drehachse (4) des Drehkreuzes (2) anordenbar
und mit dem Drehkreuz (2) zum direkten, getriebelosen Antrieb verbindbar ist, wobei
die Auswerteeinheit (9) eingerichtet ist,
- eine Rotation des Drehkreuzes (2) mittels des Antriebs (8) zu veranlassen,
- eine von extern auf den Türflügel (3) wirkende Kraftschwankung und/oder eine Drehgeschwindigkeitsschwankung
und/oder eine Drehmomentschwankung in Abhängigkeit der Drehposition zu ermitteln und
- den Stator (10) mit einem anhand der in Abhängigkeit der Drehposition ermittelten
Kraftschwankung und/oder der Drehgeschwindigkeitsschwankung und/oder der Drehmomentschwankung
vordefinierten elektrischen Signal anzusteuern, mittels dessen die Kraftschwankung
und/oder die Drehgeschwindigkeitsschwankung und/oder die Drehmomentschwankung kompensiert
werden.
8. Karusselltüranordnung nach Anspruch 7, welche eingerichtet ist, ein Verfahren nach
einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
9. Karusselltüranordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei der Stator (10) zur
feststehenden Montage, insbesondere zur Deckenmontage eingerichtet ist, und mit dem
Rotor (17) einen koaxial zur Drehachse (4) des Drehkreuzes (2) angeordneten Luftspalt
bildet.
10. Karusselltüranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9 weiter umfassend
- einen die Auswerteeinheit (9) umfassenden Frequenzumrichter (25) mit
- einer Endstufe (26), wobei
- die Auswerteeinheit (9) eingerichtet ist,
durch eine Pulsweitenmodulation einen Parameter des elektrischen Signals zur Kompensation
der Kraftschwankung und/oder der Drehgeschwindigkeitsschwankung und/oder der Drehmomentschwankung
zu realisieren, und
- der Frequenzumrichter (25) eingerichtet ist, in Abhängigkeit des pulsweitenmodulierten
Signals
- die Endstufe (26) mit einer mehrphasigen Repräsentation des elektrischen Signals
(34) anzusteuern.
11. Karusselltüranordnung nach Anspruch 10 weiter umfassend
- einen Anschluss (27) für eine Betriebsspannung und
- ein Gehäuse, welches
- den Frequenzumrichter (25),
- die Endstufe (26) und
- die Auswerteeinheit (9)
umfasst, wobei insbesondere der Anschluss (27) für die Betriebsspannung eingerichtet
ist, die Auswerteeinheit (9), den Frequenzumrichter (25) und die Endstufe (26) mit
elektrischer Energie zu versorgen.
12. Karusselltüranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Auswerteeinheit
(9) eingerichtet ist, auf Basis eines Positionssensors (28), insbesondere eines Hallsensors
im elektrischen Antrieb (8),
- eine aktuelle Drehzahl und/oder
- eine aktuelle Position und/oder
- eine aktuelle Geschwindigkeit des Drehkreuzes (2) zu ermitteln.