DE102005028007B4

DE102005028007B4 - Antrieb zum Betätigen eines beweglichen Flügels, insbesondere einer Tür

Info

Publication number: DE102005028007B4
Application number: DE102005028007A
Authority: DE
Inventors: Uwe Horz
Original assignee: Geze GmbH
Current assignee: Geze GmbH
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2025-06-17
Also published as: DE102005028007A1

Abstract

Antrieb zum Betätigen eines beweglichen Flügels, insbesondere einer Tür,
mit einem Elektromotor, dessen Abtriebsglied über eine Kraftübertragungseinrichtung mit dem Flügel in Wirkverbindung steht, so dass eine Bewegung des Abtriebsglieds eine Bewegung des Flügels bewirkt, sowie
mit einer Bremseinrichtung, durch welche die Bewegung des Flügels bremsbar ist, indem der Elektromotor als Generator betreibbar ist,
wobei die Ausgangsspannung des generatorisch betriebenen Elektromotors an einen Bremsstromkreis angelegt wird, und
wobei die Bremseinrichtung eine von der Ausgangsspannung des generatorisch betriebenen Elektromotors abhängige Bremskraft aufweist, indem in dem Bremsstromkreis die Drain-Source-Strecke eines Feldeffekttransistors angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spannung zwischen Gate (G) und Source (S) des Feldeffekttransistors (T1) über ein Potentiometer (R2) einstellbar ist,
wobei das Potentiometer (R2) in Parallelschaltung mit der Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors (T1) angeordnet ist und ein Spannungsabgriff des Potentiometers (R2) an den Gate-Anschluss (G) des Feldeffekttransistors (T1) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb zum Betätigen eines beweglichen Flügels, insbesondere einer Tür, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 10 2004 013 601 A1 ist ein Antrieb zum Betätigen eines beweglichen Schwenkflügels einer Tür bekannt. Das Abtriebsglied eines Elektromotors steht über eine Kraftübertragungseinrichtung mit dem Flügel in Wirkverbindung, so dass eine Bewegung des Abtriebsglieds eine Bewegung des Flügels bewirkt. Eine mechanische Federeinrichtung stellt die Schließung des Flügels bei Ausfall der elektrischen Energieversorgung sicher. Um in diesem Falle ein gedämpftes Schließen des Flügels zu gewährleisten, ist eine Bremseinrichtung vorgesehen, indem der Elektromotor als Generator betreibbar ist. Die Ausgangsspannung des generatorisch betriebenen Elektromotors wird an einen Bremsstromkreis angelegt, wobei die Bremseinrichtung eine von der Ausgangsspannung des generatorisch betriebenen Elektromotors abhängige Bremskraft aufweist, indem in dem Bremsstromkreis die Drain-Source-Strecke eines Feldeffekttransistors angeordnet ist. Der Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors liegt an einem Spannungsteiler, bestehend aus einer Zehnerdiode und einem ohmschen Widerstand. Durch diese vorgegebene Bestückung ist das Bremsverhalten des Feldeffekttransistors fest vorgegeben, d. h. nicht einstellbar.
Aus der DE 41 00 335 A1 ist ein weiterer Antrieb zum Betätigen eines beweglichen Schwenkflügels einer Tür mit einer generatorischen Bremseinrichtung bekannt. Die Ausgangsspannung des bei der Bremsung generatorisch betriebenen Elektromotors wird an einen Bremsstromkreis angelegt. Im Ausführungsbeispiel der genannten Druckschrift wird der Elektromotor hierzu kurzgeschlossen, so dass die Ausgangsspannung des generatorisch betriebenen Elektromotors an einem niedrigen ohmschen Widerstand anliegt. Da dieser Widerstandswert konstant ist, ist keine Veränderung der Bremsstärke möglich. Die Bremsstärke lässt sich also nicht an den konkreten Anwendungsfall, insbesondere an die Parameter des angeschlossenen Flügels, beispielsweise an das Gewicht des Flügels oder die gewünschte Schließgeschwindigkeit, sowie an die augenblickliche Stellung des Flügels anpassen.
Aus der DE 41 38 194 C2 ist ein weiterer Antrieb zum Betätigen eines beweglichen Schwenkflügels einer Tür bekannt. Eine generatorische Bremseinrichtung ist bei diesem Antrieb nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Antrieb so weiterzuentwickeln, dass er eine veränderbare, insbesondere regelbare, und konstruktiv einfach aufgebaute generatorische Bremseinrichtung aufweist.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung.
Die Ausgangsspannung des generatorisch betriebenen Elektromotors liegt an der Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors. Die Spannung zwischen Gate und Source des Feldeffekttransistors ist über ein Potentiometer einstellbar, wobei das Potentiometer in Parallelschaltung mit der Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors angeordnet ist und ein Spannungsabgriff des Potentiometers an den Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors angeschlossen ist.
Gegenüber dem Stand der Technik hat diese Bremsschaltung den deutlichen Vorteil, dass Änderungen der Bremskraft des Elektromotors im Sinne einer Regelung ermöglicht werden.
Der Feldeffekttransistor wird als spannungsabhängiger Lastwiderstand für den Elektromotor betrieben. Hierzu eignen sich aufgrund der Charakteristik ihrer Kenn linien in besonderer Weise selbstsperrende n-Kanal-Enhancement-Mosfets. Die Drain-Source-Strecke eines solchen Feldeffekttransistors hat bei einer Gate-Source-Spannung unter etwa 3 V einen hohen elektrischen Widerstand. Die Drain-Source-Strecke geht ab einer Gate-Source-Spannung von etwa 3 V in einen leitenden Zustand über, und der Feldeffekttransistor verringert dann bei weiter ansteigender Gate-Source-Spannung seinen Drain-Source-Widerstand, bis seine Drain-Source-Strecke ab einer Gate-Source-Spannung von etwa 5 V annähernd vollständig leitend ist. In diesem Zustand beträgt der Drain-Source-Widerstand des Feldeffekttransistors typischerweise weniger als 0,1 Ω, so dass der im Bremsbetrieb generatorisch betriebene Elektromotor dann mit dem größten Strom belastet wird und die Bremswirkung damit am größten ist.
Mit der beschriebenen Bremsschaltung wird eine Regelung der Bremswirkung realisiert: Der Elektromotor erzeugt eine der Geschwindigkeit der Flügelbewegung entsprechende Ausgangsspannung. Bei einer kleinen Ausgangsspannung ist die Bremswirkung des Feldeffekttransistors gering, da der elektrische Widerstand seiner Drain-Source-Strecke dann hoch ist. Durch einen Hilfsantrieb, beispielsweise einen mechanischen Kraftspeicher, kann der Flügel und damit auch das mit dem Flügel wirkverbundene Abtriebsglied des Elektromotors beschleunigen, was eine Erhöhung der Ausgangsspannung des Elektromotors zur Folge hat. Die Erhöhung der Ausgangsspannung des Elektromotors bewirkt aufgrund des durch das Potentiometer gebildeten Spannungsteilers eine proportionale Erhöhung der Gate-Source-Spannung des Feldeffekttransistors. Hierdurch verringert sich der elektrische Widerstand der Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors, so dass die Bremswirkung der Bremsschaltung zunimmt und die weitere Beschleunigung des Flügels bzw. des Elektromotors damit verhindert wird. Umgekehrt bewirkt eine langsamere Flügelbewegung eine geringere Ausgangsspannung des Elektromotors, welche wiederum über die geringere Gate-Source-Spannung den Widerstand der Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors erhöht, so dass die Bremswirkung verringert wird. Die Geschwindigkeit des durch den Hilfsantrieb angetriebenen Flügels wird somit auf einen von der Einstellung des Potentiometers abhängigen Wert eingeregelt.
Es kann eine Schaltung zur Realisierung eines sogenannten Endschlags, d. h. einer verminderten Abbremsung kurz vor Erreichen der Geschlossenlage des Flügels, vorgesehen sein, indem in einer Verbindung zwischen Gate und Source des Feldeffekttransistors ein abhängig von der Position des Flügels schließender Schalter und ein Potentiometer in Reihenschaltung angeordnet sind. Über dieses Potentiometer lässt sich die Bremsstärke des Endschlags einstellen und optimal an die örtlichen Bedingungen anpassen.
Es kann außerdem eine Schaltung vorgesehen sein, durch welche die Bremsschaltung abhängig von einer Betriebsspannung zu- und abschaltbar ist, indem die Betriebsspannung an der Spule eines Umschalt-Relais anliegt, dessen Schaltkontakt den Anschluss des Elektromotors entweder mit der Eingangsspannung oder mit der Bremsschaltung verbindet.
Außerdem besteht durch Zwischenschaltung eines Brückengleichrichters zwischen den Anschlüssen des Elektromotors und dem Feldeffekttransistor die Möglichkeit, eine in beiden Motordrehrichtungen wirksame Bremsschaltung zu realisieren.
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel in der Zeichnung anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine erfindungsgemäße, in einer Motordrehrichtung wirksame Bremsschaltung für den Elektromotor;
2 eine weitere erfindungsgemäße, in beiden Motordrehrichtungen wirksame Bremsschaltung für den Elektromotor;
3 eine weitere erfindungsgemäße, in einer Motordrehrichtung wirksame Bremsschaltung für den Elektromotor mit zusätzlicher Endschlagfunktion.
1 zeigt eine Bremsschaltung für einen generatorisch betreibbaren Elektromotor (M). Der als Gleichstrommotor ausgebildete Elektromotor (M) ist Bestandteil eines – hier nicht dargestellten – Antriebs zum Betätigen eines beweglichen Türflügels. Der Antrieb kann in herkömmlicher Weise – wie beispielsweise im nächstliegenden Stand der Technik, d. h. in der DE 41 00 335 A1 beschrieben – ausgebildet sein, d. h. das Abtriebsglied des Elektromotors M kann über eine Getriebeeinrichtung sowie über eine Kraftübertragungseinrichtung mit dem Türflügel in Wirkverbindung stehen, so dass eine Bewegung des Abtriebsglieds eine Bewegung des Türflügels bewirkt. Der Türflügel kann in nur einer seiner Bewegungsrichtungen elektromotorisch antreibbar sein. Als Hilfsantrieb für die zweite Bewegungsrichtung kann dann ein mechanischer Kraftspeicher, beispielsweise eine Feder oder ein Gummizug, vorgesehen sein. Alternativ kann eine elektromotorisch betätigte Türflügelbewegung in beiden Richtungen vorgesehen werden, wobei der Hilfsantrieb bei Ausfall der elektrischen Energieversorgung wirksam wird oder in einer Bewegungsrichtung unterstützend wirkt. Ohne zusätzliche Maßnahmen erfolgt die durch den Hilfsantrieb bewirkte Flügelbewegung ungeregelt, ins besondere ungedämpft. Die nachstehend beschriebene Bremsschaltung bewirkt eine Regelung der durch den Hilfsantrieb bewirkten Flügelbewegung.
Eine von einer hier nicht dargestellten Steuerungseinrichtung des Antriebs bereitgestellte Eingangsspannung U_E wird dem Elektromotor M über einen Kontakt A eines als Umschalter ausgebildeten Relais K1 zugeführt. Die Spule des Relais liegt an einer Betriebsspannung U_B, welche ebenfalls von der Steuerungseinrichtung des Antriebs bereitgestellt werden kann, so dass die Eingangsspannung U_E bei vorliegender Betriebsspannung U_B an den Anschlüssen des Elektromotors M anliegt und dieser den Flügel antreibt. Die Betriebsspannung U_B kann der Eingangsspannung U_E entsprechen, kann aber auch unterschiedlich zu dieser sein. Ist die Betriebsspannung U_B gleich Null, oder unterschreitet sie zumindest einen bestimmten Grenzwert, schaltet das Relais K1 den Elektromotor M von der Eingangsspannung U_E ab und verbindet seine Anschlüsse über den anderen Kontakt B mit der Bremsschaltung. Der Hilfsantrieb treibt nun den Flügel in der vorbestimmten Richtung an, wobei der nun unbestromte Elektromotor M dadurch, dass sein Abtriebsglied mit dem Flügel wirkverbunden ist, entsprechend der Flügelbewegung mitläuft und eine der Geschwindigkeit der Flügelbewegung entsprechende Ausgangsspannung U_A erzeugt. Die Bremsschaltung stellt einen elektrischen Verbraucher dar, so dass der generatorisch betriebene Elektromotor M abgebremst wird.
Die Bremsschaltung weist einen Feldeffekttransistor T1 auf. Dieser ist als selbstsperrender n-Kanal-Mosfet ausgebildet und arbeitet in der beschriebenen Bremsschaltung als spannungsabhängiger Lastwiderstand.
Die Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors T1 ist bei unbestromtem Relais K1 mit den Anschlüssen des Elektromotors M verbunden, liegt also an der Ausgangsspannung U_A des generatorisch betriebenen Elektromotors M. Eine zwischen dem Source-Anschluss S des Feldeffekttransistors T1 und einem Anschluss des Elektromotors M geschaltete Diode D1 bewirkt, dass die Ausgangsspannung U_A des generatorisch betriebenen Elektromotors M nur in einer Polarität an der Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors T1 anliegt. Wird die Po larität der Ausgangsspannung U_A des generatorisch betriebenen Elektromotors M umgekehrt, was einer Umkehr der Bewegungsrichtung des Flügels bzw. des mit diesem wirkverbundenen Elektromotors M entspricht, so ist die Bremsschaltung dann nicht wirksam. Mit der Diode D1 wird somit die „parasitäre Diode" DP des Feldeffekttransistors T1, welche bei einer Ausgangsspannung U_A umgekehrter Polarität einen Widerstand niedrigen Betrags darstellen würde, unwirksam geschaltet. Parallel zu der Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors T1 ist ein Potentiometer R2 geschaltet, dessen Spannungsabgriff über einen ohmschen Widerstand R1 an den Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors T1 angeschlossen ist. Das Potentiometer R2 stellt damit einen einstellbaren Spannungsteiler der Ausgangsspannung U_A des generatorisch betriebenen Elektromotors M dar, so dass über das Potentiometer R2 die Gate-Source-Spannung des Feldeffekttransistors T1 einstellbar ist. Die Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors T1 hat bei einer Gate-Source-Spannung unter 3 V einen hohen elektrischen Widerstand. Die Drain-Source-Strecke geht, je nach Typ, ab einer Gate-Source-Spannung von etwa 3 V in einen leitenden Zustand über, und der Feldeffekttransistor T1 verringert dann bei weiter ansteigender Gate-Source-Spannung seinen Drain-Source-Widerstand, bis seine Drain-Source-Strecke ab einer Gate-Source-Spannung von etwa 5 V annähernd vollständig leitend ist. In diesem Zustand beträgt der Drain-Source-Widerstand des Feldeffekttransistors T1 typischerweise weniger als 0,1 Ω, so dass der im Bremsbetrieb generatorisch betriebene Elektromotor M dann mit dem größten Strom belastet wird und die Bremswirkung damit am größten ist.
Mit der beschrieben Bremsschaltung wird eine Regelung der Bremswirkung realisiert: Der Elektromotor M induziert eine von der Geschwindigkeit der Flügelbewegung abhängige Ausgangsspannung U_A. Bei einer kleinen Ausgangsspannung U_A ist die Bremswirkung des Feldeffekttransistors T1 gering, da der elektrische Widerstand seiner Drain-Source-Strecke dann hoch ist. Durch den Hilfsantrieb kann der Flügel und damit auch das mit dem Flügel wirkverbundene Abtriebsglied des Elektromotors M beschleunigen, was eine Erhöhung der Ausgangsspannung U_A des Elektromotors M zur Folge hat. Die Erhöhung der Ausgangsspannung U_A des Elektromotors M bewirkt aufgrund des durch das Potentiometer R2 gebildeten Spannungsteilers eine proportionale Erhöhung der Gate-Source-Spannung des Feldeffekttransistors T1. Hierdurch verringert sich der elektrische Widerstand der Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors T1, so dass die Bremswirkung des Feldeffekttransistors T1 zunimmt und einer weiteren Beschleunigung des Flügels bzw. des Elektromotors M damit entgegenwirkt. Umgekehrt bewirkt eine langsamere Flügelbewegung eine geringere Ausgangsspannung U_A des Elektromotors M, welche wiederum über die geringere Gate-Source-Spannung den Widerstand der Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors T1 erhöht, so dass sich die Bremswirkung verringert. Die Geschwindigkeit des durch den Hilfsantrieb angetriebenen Flügels wird somit auf einen von der Einstellung des Potentiometers R2 abhängigen Wert eingeregelt.
Die in 2 gezeigte Bremsschaltung entspricht in ihrer Funktionsweise prinzipiell der vorangehend beschriebenen Bremsschaltung. Im Unterschied hierzu ist anstelle der Diode D1 der vorangehend beschriebenen Bremsschaltung ein aus vier Dioden D2, D3, D4, D5 bestehender Brückengleichrichter angeordnet. Dieser bewirkt, dass unabhängig von der Polarität der Ausgangsspannung U_A des generatorisch betriebenen Elektromotors M die Polarität der an der Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors T1 anliegenden Spannung sowie der Gate-Source-Spannung gleich bleibt. Die Bremsschaltung ist somit in beiden Bewegungsrichtungen des mit dem elektromotor M wirkverbundenen Flügels wirksam.
Auch die Bremsschaltung gemäß 3 entspricht in ihrer Funktionsweise prinzipiell den vorangehend beschriebenen Bremsschaltungen. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus 1 ist zusätzlich eine Einrichtung zur Realisierung eines sogenannten Endschlags vorgesehen. Dieser stellt sicher, dass der Flügel, insbesondere beim Vorhandensein einer Schlossfalle, zuverlässig in seine Schließlage kommt, indem kurz vor Erreichen der Geschlossenlage die Geschwindigkeit des Flügels erhöht, die Schließdämpfung also verringert wird. Bezogen auf die vorangehend beschriebenen Bremsschaltungen bedeutet dies, dass kurz vor Erreichen der Geschlossenlage des Flügels der elektrische Widerstand der Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors T1 erhöht werden muss. Dies wird über einen zwischen Gate G und Source S des Feldeffekttransistors T1 angeordneten Schaltungszweig erreicht, welcher in Reihenschaltung einen abhängig von der Position des Flügels schließenden Schalter S1 sowie ein Potentiometer R3 enthält. Das Potentiometer R3 wird so eingestellt, dass bei geschlossenem Schalter S1 die Gate-Source-Spannung des Feldeffekttransistors T1 kleiner ist als bei offenem Schalter S1.

A: Schaltstellung
B: Schaltstellung
D: Drain
D1: Diode
D2: Diode
D3: Diode
D4: Diode
D5: Diode
DP: parasitäre Diode
G: Gate
K1: Relais
M: Elektromotor
R1: Widerstand
R2: Potentiometer
R3: Potentiometer
S: Source
S1: Schalter
T1: Feldeffekttransistor
U_A: Ausgangsspannung
U_B: Betriebsspannung
U_E: Eingangsspannung

Claims

Antrieb zum Betätigen eines beweglichen Flügels, insbesondere einer Tür, mit einem Elektromotor, dessen Abtriebsglied über eine Kraftübertragungseinrichtung mit dem Flügel in Wirkverbindung steht, so dass eine Bewegung des Abtriebsglieds eine Bewegung des Flügels bewirkt, sowie mit einer Bremseinrichtung, durch welche die Bewegung des Flügels bremsbar ist, indem der Elektromotor als Generator betreibbar ist, wobei die Ausgangsspannung des generatorisch betriebenen Elektromotors an einen Bremsstromkreis angelegt wird, und wobei die Bremseinrichtung eine von der Ausgangsspannung des generatorisch betriebenen Elektromotors abhängige Bremskraft aufweist, indem in dem Bremsstromkreis die Drain-Source-Strecke eines Feldeffekttransistors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung zwischen Gate (G) und Source (S) des Feldeffekttransistors (T1) über ein Potentiometer (R2) einstellbar ist, wobei das Potentiometer (R2) in Parallelschaltung mit der Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors (T1) angeordnet ist und ein Spannungsabgriff des Potentiometers (R2) an den Gate-Anschluss (G) des Feldeffekttransistors (T1) angeschlossen ist.
Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltung zur Realisierung einer verminderten Abbremsung kurz vor Erreichen der Geschlossenlage des Flügels vorgesehen ist, indem in einer Verbindung zwischen Gate (G) und Source (S) des Feldeffekttransistors (T1) ein abhängig von der Posi tion des Flügels schließender Schalter (S1) und ein Potentiometer (R3) in Reihenschaltung angeordnet sind.
Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltung vorgesehen ist, durch welche die Bremsschaltung abhängig von einer Betriebsspannung (U_B) zu- und abschaltbar ist.
Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsspannung (U_B) an der Spule eines Umschalt-Relais (K1) anliegt, dessen Schaltkontakt die Anschlüsse des Elektromotors (M) entweder mit der Eingangsspannung (U_E) oder mit der Bremsschaltung verbindet.
Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine gleichrichtende Schaltung vorgesehen ist, durch welche die Bremsschaltung in beiden Drehrichtungen des Elektromotors (M) wirksam ist.
Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichrichtende Schaltung als Brückengleichrichter (D2, D3, D4, D5) ausgebildet ist.