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Die
Erfindung betrifft eine Torantriebsvorrichtung mit den Merkmalen
des Oberbegriffes des beigefügten Anspruches 1, wie sie
beispielsweise in Form eines Wellentorantriebes bereits auf dem
Markt erhältlich ist. Weiter betrifft die Erfindung einen
Torwegsensor für eine solche Torantriebsvorrichtung, ein
mit einer solchen Torantriebsvorrichtung versehenes Tor sowie ein
Verfahren zum Steuern eines angetriebenen Tores.
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Die
Erfindung liegt auf dem Gebiet von Torantrieben, mittels welchen
ein Flügel eines Tores motorisch antreibbar ist. Hierzu
gibt es ganz unterschiedliche Torantriebsvorrichtungen auf dem Markt. Beispielsweise
gibt es sogenannte Schleppantriebe, bei denen ein Schlitten in einer
Führungsschiene geführt wird und durch einen Motor
hin- und hergehend angetrieben wird. An diesem Schlitten wird dann
der Flügel angekoppelt. Solche Schleppantriebe sind häufig
bei Garagentoren, insbesondere bei Einzel- oder Doppelgaragen, aufzufinden.
Insbesondere bei größeren Toren, wie beispielsweise
größeren Sektionaltoren für Sammelgaragen,
Industrietoren oder auch Rolltoren gibt es bereits am Tor eine Torwelle, die über
Seilzüge oder ein sonstiges Getriebe mit dem Flügel
des Tores getrieblich verbunden ist. Beispielsweise ist die Torwelle
Teil einer Gewichtsausgleichseinrichtung, wobei ein Federelement
sich beim Senken des Flügels spannt. Für solche
Tore gibt es die sogenannten Wellentorantriebe, deren Abtriebswelle
unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Getriebes, wie insbesondere
eines Kettengetriebes, mit der Torwelle zur gemeinsamen Drehung
gekoppelt werden könnten.
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Alle
auf dem Markt befindlichen Torantriebe weisen einen vorzugsweise
als Elektromotor ausgebildeten Motor mit einem Rotor auf, der über
die zuvor erläuterten Getriebe sowie ein Motorgetriebe
getrieblich mit dem Torflügel verbindbar ist.
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Durch
Drehung des Rotors wird so der Torflügel zwischen seinen
Endpositionen angetrieben. In der Regel sind die Getriebe derart,
dass sich der Rotor bei einer Fahrt des Flügels zwischen
den Endpositionen viele Male umdreht und beispielsweise mehr als
100 Umdrehungen durchführt.
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Nahezu
alle auf dem Markt befindlichen Torantriebe weisen weiter einen
Wegsensor oder Torpositionssensor auf, über den der Torantrieb
gesteuert werden kann. In der Regel sind diese Wegsensoren als Drehwinkelsensoren
ausgebildet, um die Drehung des Rotors oder eine damit getrieblich
verbundenes Drehglied der Torantriebsvorrichtung zu erfassen.
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Beispielsweise
ist auf einer mit dem Rotor verbundenen Motorwelle des Motors ein
Inkremetalgeber vorgesehen. Dieser erzeugt, beispielsweise mittels
einer Lochscheibe und einer Lichtschranke, bei einer Drehung des
Rotors viele Impulse. Dem Inkremetalgeber ist beispielsweise in
einer Torantriebssteuerung ein Zählwerk zugeordnet. Bei
Drehung des Rotors werden die Impulse gezählt. Es wird
dann nach der Montage des Torantriebes an dem anzutreibenden Flügel
eine Lernfahrt durchgeführt, um die Zählerstände
der Endpositionen und von sonstigen für die Steuerung interessierenden
Torflügelpositionen zu ermitteln. Im Betrieb wird dann
die Torantriebsvorrichtung anhand des jeweiligen Zählerstandes
durchgeführt.
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Diese
Inkremetalgeber sind mit dem Nachteil verbunden, dass die Zählerstände
insbesondere bei Stromausfall oder dergleichen Störfällen
verloren gehen. Auch sind solche Inkrementalgeber teils ungenau,
so dass sie öfters im Verlauf des Betriebs des Torantriebes
wieder geeicht werden müssen. Man hat hierzu beispielsweise
bereits einen Referenzpunktgeber vorgeschlagen, der an einer bestimmten Position
des Torflügels oder eines Getriebeelements vorgesehen ist
und bei Passieren dieses Punktes im Verlauf des Torweges ein Referenzsignal
abgibt, mit dem das Zählwerk bei jeder Fahrt erneut abgeglichen werden
kann.
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Hier
besteht aber der Nachteil des zusätzlichen Montage- und
Verdrahtungsaufwandes des Referenzgebers.
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Es
besteht daher vielfach der Wunsch, anstelle der Inkremetalgeber,
die nur eine relative Torposition ermitteln, Absolutwertgeber vorzusehen,
die ein Positionssignal liefern, das stets auf eine bestimmte Torposition
hindeutet. Das Positionssignal des Absolutwertgebers soll insbesondere
eine stetig monotone Funktion der Position des angeschlossenen Torflügels
darstellen, um die eindeutige Zuordnung von Signal und Position
zu ermöglichen.
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Hier
gibt es bereits Wellentorantriebe auf dem Markt, die insbesondere
als Industrietortriebe einsetzbar sind und die als Absolutwertgeber
einen auf dem Hall-Effekt beruhenden Drehwinkelsensor aufweisen.
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Der
Drehwinkelsensor des Absolutwertgebers hat als Drehelement beispielsweise
einen auf einer Drehwelle angebrachten Magneten. Die Stellung des
Magneten wird unter Ausnutzung des Hall-Effektes erfasst, und daraus
wird ein Positionssignal erzeugt. Damit dieses Positionssignal eine
stetig monotone Funktion der Torposition darstellt und so immer
einen absoluten Wert einer bestimmten Torposition angibt, darf sich
dieses Drehelement im Verlauf des gesamten Torweges von der einen
Endposition (zum Beispiel der Schließposition) zu der anderen Endposition
(zum Beispiel der Öffnungsposition) um nicht mehr als 360° Grad
drehen. Würde das Drehelement mehr als eine volle Umdrehung
machen, beispielsweise eine Drehung von 370° Grad, dann
würde das Ausgangssignal dem gleichen Signal entsprechen,
wie bei der Stellung von 10° Grad. Somit hätte man
wiederum nur eine relative Torposition, wobei der Absolutwert wiederum
nur anhand von weiteren Informationen, beispielsweise ermittelt
durch ein Zählwerk, erhältlich ist.
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Der
Oberbegriff des beigefügten Patentanspruches 1 geht als
Stand der Technik von einem solchen Wellentorantrieb mit einem entsprechend
langsam drehenden Absolutwertgeber aus.
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Demnach
bilden solche Wellentorantriebe eine Torantriebsvorrichtung mit
einem Motor, welche einen Rotor aufweist. Der Rotor ist – beispielsweise über
ein Getriebe in der Torantriebsvorrichtung sowie eine Torwelle getrieblich
mit dem anzutreibenden Torflügel verbindbar.
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Der
bekannte Absolutwertgeber bildet einen ersten Drehwinkelsensor,
mit dem die aktuelle Torposition anhand eines Torpositionssignal
bestimmbar ist. Damit dieses Torpositionssignal zum Zwecke einer
genaueren Steuerung stets einer bestimmten Torposition zuordenbar
ist, ist der Drehwinkelsensor derart über ein Untersetzungsgetriebe
an dem Rotor oder ein sich damit drehendes Drehglied angeschlossen,
dass eine gesamte Bewegung eines anzuschließenden Torflügels
zwischen dessen Endpositionen weniger als 360° Grad des
sich zur Drehwinkelerfassung drehenden Drehelements des ersten Drehwinkelsensors
bewirkt.
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Solche
Torantriebe weisen zwar den Vorteil eines Torpositionssignals auf,
welches stets einer bestimmten Torposition zuordenbar ist, jedoch
ist dieses Torpositionssignal für viele Steuerungs- und Überwachungszwecke
zu ungenau.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Torantriebsvorrichtung mit dem Merkmalen
des Oberbegriffes des beigefügten Anspruches 1 derart zu
verbessern, dass sie exakter steuerbar und/oder überwachbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Torantriebsvorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein
Torwegsensor zur Verwendung in einer solchen Torantriebsvorrichtung,
ein mit einer solchen Torantriebsvorrichtung und/oder mit einem
solchen Torwegssensor versehenes Tor sowie ein Steuerungsverfahren
hierfür sind in den Nebenansprüchen angegeben.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Torantriebsvorrichtung
ist – wie dies im Stand der Technik grundsätzlich
bekannt ist –, ein Drehwinkelsensor mit einem sich langsam,
maximal um 360° drehenden Drehelement vorgesehen.
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Dieser
Drehwinkelsensor wird im Folgenden als erster Drehwinkelsensor bezeichnet,
und sein Drehelement wird im Folgenden als erstes Drehelement bezeichnet.
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Mit
diesem ersten Drehwinkelsensor kann ein erstes Torpositionssignal
erzeugt werden, welches eine stetig monotone Funktion einer Torposition eines
an die Torantriebsvorrichtung anzuschließenden Torflügels
erzeugt.
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Erfindungsgemäß ist
noch ein zweiter Drehwinkelsensor mit einem zweiten Drehelement
zur Drehwinkelerfassung vorgesehen, das ebenfalls mit dem Rotor
und/oder sich damit drehenden Drehgliedes getrieblich verbunden
ist, jedoch derart, dass es sich um ein Vielfaches schneller dreht
als das erste Drehelement des ersten Drehwinkelsensors.
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Somit
kann mittels des ersten Drehwinkelsensors ein erstes Torpositionssignal
erzeugt werden, welches die Torposition absolut angibt. Mit dem Signal
des zweiten Drehwinkelsensors können viele Zwischenpositionen
angegeben werden, ohne dass hierzu Zählerstände
gespeichert werden müssen.
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Anhand
der beiden Torsignale kann man so sehr genau die Torposition absolut
bestimmen, auch wenn der erste Drehwinkelsensor kein sehr genaues Signal
abgeben sollte.
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Durch
den sich schneller drehenden zweiten Drehwinkelsensor können
weiter auch kleinere Fluktuationen oder Änderungen in der
Geschwindigkeit des Motors erfasst werden.
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Insgesamt
sind der Motor und/oder das angetriebene Tor so über den
zweiten Drehwinkelsensor sehr genau überwachbar.
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Der
erste und/oder der zweite Drehwinkelsensor sind vorzugsweise als
Absolutwertsensoren ausgebildet, die ein Signal liefern, welches
zu jeder unterschiedlichen Drehwinkelposition des jeweiligen Drehelements
jeweils einen bestimmten unterschiedlichen Wert liefert.
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Beispielsweise
wird ein Spannungssignal abgegeben, das mit dem Drehwinkel des Drehelements
stetig monoton ansteigt, oder es wird eine Art Protokoll geliefert,
welches z. B. von einem Standardumrichter verarbeitet werden kann.
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Dadurch
lässt sich jedem Drehwinkel genau ein Signal oder Signalwert
zuordnen und umgekehrt.
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Vorzugsweise
sind die Drehwinkelsensoren Hall-Sensoren, wie dies grundsätzlich
bei Absolutwertgebern bereits Stand der Technik ist. Solche Hall-Sensoren
sind leichtgängig und wartungsfrei, außerdem können
sie – im Gegensatz zum Beispiel zu Potentiometern – beliebig
oft herumgedreht werden.
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Wenngleich
die Drehwinkelsensoren an unterschiedlichen Stellen der Torantriebsvorrichtung
jeweils einzeln vorgesehen werden können, so ist besonders
bevorzugt, die beiden Drehwinkelsensoren in einer Einheit zusammenzufassen.
Beispielsweise ist in der Torantriebsvorrichtung ein Torwegssensor vorgesehen,
in dem beide Drehwinkelsensoren vereinigt sind. Dieser vorzugsweise
als Absolutwertgeber ausgebildete Torwegsensor weist in bevorzugter Ausgestaltung
eine Eingangswelle auf. Die Eingangswelle kann mit einem Eingangsdrehelement zur
Kopplung an ein Drehglied der Torantriebsvorrichtung versehen sein.
Beispielsweise ist ein Zahnrad als Eingangsdrehelement vorgesehen,
mit dem die Eingangswelle auch unmittelbar mit dem Rotor verbindbar
ist. An der Eingangswelle greift einerseits das sich schneller drehende
zweite Drehelement des zweiten Drehwinkelsensors an. An der Eingangswelle
ist andererseits auch ein Übersetzungsgetriebe vorgesehen,
dessen Ausgangswelle um ein Vielfaches langsamer dreht als die Eingangswelle.
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An
dieser Ausgangswelle greift dann das erste Drehelement des ersten
Drehwinkelsensors an.
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Das Übersetzungsverhältnis
zwischen dem ersten Drehelement und dem zweiten Drehelement wird
derart gewählt, dass eine genaue Erfassung auch kleiner
Verdrehungen des Rotors durch das zweite Drehelement erfassbar ist,
andererseits aber das erste Drehelement sich maximal um 360° Grad im
Verlauf der Torbewegung dreht.
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Die
meisten Torantriebe sind zum Anschließen an unterschiedliche
Tore oder Torantriebsarten vorgesehen. Das Übersetzungsverhältnis
wird daher so ausgewählt, dass auch bei der maximal denkbaren
Umdrehungszahl des Rotors bei einer Torfahrt zwischen den Endpositionen
keine volle Drehung des ersten Drehelements erreicht wird. Wird
dann ein kleineres Tor oder ein anderes Zwischengetriebe verwendet,
so dass sich der Rotor bei einer Torfahrt entsprechend weniger dreht,
wird eine volle Drehfahrt beispielsweise nur zu einer Winkelverstellung
von 270° Grad oder auch nur 180° Grad führen.
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Eine
dadurch grundsätzlich bedingte geringere Genauigkeit des
ersten Drehwinkelsensors, der die gesamte Torfahrt auf entsprechend
weniger Drehwinkelgraden abbilden muss, wird durch das Vorsehen
des zweiten Drehwinkelsensors mehr als kompensiert.
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Entsprechende
Getriebe mit kleinen Abmessungen und geringen Kosten bei hoher Übersetzung für
den Torwegsensor sind auf dem Markt beispielsweise für
den Modelbau erhältlich.
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Anhand
der beiden Drehwinkelsignale lässt sich eine sehr genaue
Steuerung durchführen. Aufgrund des sich sehr schnell drehenden
zweiten Drehelementes können auch geringe Änderungen
in der Geschwindigkeit des Rotors sofort erfasst werden. Beispielsweise
würde bei einem Auftreffen des Torflügels auf
ein relativ weiches Hindernis – beispielsweise eine Person – sich
zunächst die Geschwindigkeit nur sehr gering ändern.
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Dennoch
könnte eine solche geringe Geschwindigkeitsänderung
aufgrund des zweiten Drehwinkelsensors sofort erfasst werden und
ein Stoppen der Torantriebsvorrichtung wegen Auflaufen auf ein Hindernis
eingeleitet werden.
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Die
beiden unterschiedlich drehenden Drehwinkelsensoren und/oder der
erläuterte Torwegsensor mit diesen Drehwinkelsensoren hat
besondere Vorteile in Verbindung mit Torquemotoren oder Direktantrieben,
wo ein Rotor vorzugsweise getriebelos unmittelbar an einer Torwelle
angreift.
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Dadurch
werden Rotorbewegungen und Rotorpositionen erfasst, die aufgrund
eines fehlenden Zwischengetriebes sehr viel genauer die Bewegung eines
Torflügels wiedergeben. Dadurch kann auch der Torflügel
sehr direkt oder viel genauer gesteuert und überwacht werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Darin zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer
Torantriebsvorrichtung zum Antreiben einer Torwelle;
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2 eine
perspektivische Ansicht der ersten Ausführungsform der
Torantriebsvorrichtung vergleichbar der Ansicht von 1,
wobei einige Elemente zu Darstellungszwecken weggelassen worden sind;
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3 eine
Vorderansicht auf die Torantriebsvorrichtung von 1,
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4 eine
Seitenansicht der Torantriebsvorrichtung von 1;
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5 eine
Rückansicht der Torantriebsvorrichtung von 1;
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6 eine
geschnittene Draufsicht auf die Torantriebsvorrichtung von 1;
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7 eine
Detailansicht von vorne auf einen Teilbereich der Torantriebsvorrichtung
von 1;
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8 der
Teilbereich von 7 von der Seite gesehen;
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9 eine
Detailansicht eines Teilbereichs der Rückansicht von 5;
und
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10 der
Teilbereich von 7 von vorne, wobei einige Elemente
zu Darstellungszwecken weggelassen worden sind;
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11 eine
schematische Darstellung eines bei der Torantriebsvorrichtung verwendbaren
Absolutwertgebers; und
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12 eine
schematische Darstellung des Absolutwertgebers zusammen mit einer
Torantriebsteuerung zum Steuern der Torantriebsvorrichtung.
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Der
in den 1 bis 10 als Beispiel für eine
Torantriebsvorrichtung dargestellte Torantrieb 10 weist
als Elektromotor einen Torquemotor (Direktantrieb) 12 auf.
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Die
in den Figuren als Beispiel für Torantriebsvorrichtungen
dargestellten Torantriebe 10 weisen in allen ihren unterschiedlichen
Ausführungsformen als Elektromotor einen Torquemotor (Direktantrieb) 12 auf.
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Wie
dies zum Beispiel näher in „EBERLEIN, W;
BARAN: „Besser direkt", in WISSENSPORTAL baumaschine.de,.
1(2005)" beschrieben ist, sind Torquemotoren Direktmotoren,
welche direkt auf Antriebswellen von Maschinen ohne Zwischenglieder wie
Getriebe, Riemen oder Kupplungen montiert werden.
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Für
weitere Einzelheiten zu Torquemotoren wird ausdrücklich
auf die vorerwähnte Literaturstelle verwiesen. Die wichtigsten
Bauelemente eines Torquemotors sind ein Stator und ein Rotor. Ein
Torquemotor kann vereinfacht als ein auf hohe Drehmomente optimierter,
großer Servomotor mit Hohlwelle betrachtet werden.
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Bei
den dargestellten Beispielen wird ein hochpoliger Synchronmotor 13 als
Torquemotor 12 verwendet.
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Der
Torquemotor
12 erzeugt das Drehmoment, welches zum Heben
und Senken des Tores (nicht dargestellt – die Ausbildung
des Tores ist analog zu dem in der
EP 1 426 538 A2 dargestellten Tor; die Druckschrift
EP 1 1426 538 A2 wird
hiermit durch Bezugnahme inkorporiert) notwendig ist. Der Torquemotor
12 arbeitet
je nach Betriebszustand sowohl motorisch als auch generatorisch.
Daher ist auch eine Rückgewinnung von Energie beim Abwärtsfahren
des Tores möglich.
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Dabei
kann der Torquemotor 12 als Außenläufer-
oder Innenläufermaschine ausgeführt sein. Der
Rotor 14 des Torquemotors (Direktantriebes) ist vorzugsweise
direkt oder gekuppelt, aber besonders bevorzugt ohne eine zusätzliche Übersetzung,
mit der Torwelle – zum Beispiel Torsionsfederwelle eines Sektional-
oder Kipptores oder dergleichen) verbunden. Drehen des Rotors 14 durch
das wandernde elektromagnetische Feld bewirkt das Drehen der Torwelle 102.
Dabei sind Drehzahl und Drehmoment von Rotor 14 und Torwelle 102 vorzugsweise
identisch.
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Im
Fall des Auslösens eines Krafteinwirkungsschutz-Sensors
(nicht dargestellt) erhält der Torquemotor 12 durch
eine Ansteuerungselektronik – Torantriebssteuerung 38 siehe 15 – ein Signal zur sofortigen
Drehrichtungsumkehr, und die Drehrichtung des Rotors 14 und
damit der Torwelle wird sofort (in Sekundenbruchteilen) umkehrt.
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In
den in den Figuren dargestellten Beispielen ist der Torquemotor 12 als
Außenläufermaschine ausgeführt. Der Rotor 14 hat
eine als Abtriebswelle des Torquemotors 12 wirkende Hohlwelle 15 und
wird mit dieser Hohlwelle direkt auf die Torwelle 102 gesteckt,
wie dies beispielhaft in den 11 und 13 dargestellt ist. Wie insbesondere aus
den 1 bis 6 und 11 und
insbesondere 4 hervorgeht, ist der Stator 17 des
Torquemotors 12 fest mit einer Basisplatte 16 eines
Antriebsgehäuses 100 verbunden, welches mit einer
Drehmomentstütze (nicht dargestellt) am Gestell des Tores
gegen Verdrehen gesichert ist.
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Alternativ
kann das Antriebsgehäuse 100 des Direktantriebes
als Fußgehäuse ausgeführt werden. Die
Torwelle kann dann gekuppelt oder über eine Steckverbindung
mit der Hohlwelle 15 verbunden werden.
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Bei
den bevorzugten Ausgestaltungen des Torantriebes 10, wie
sie in den beigefügten Figuren wiedergegeben sind, sind
neben der Hauptfunktion „Heben und Senken des Tores” eine,
mehrere oder alle der folgenden Sicherheitsfunktionen integriert:
- – Halten des Tores in einer Halteposition
(Tor geschlossen oder Tor offen),
- – Halten des Tores bei Federbruch (Ausfall einer Gewichtsausgleichseinrichtung
des Tores) und Stromausfall,
- – Fangen (Bremsen) und Halten des Tores bei Federbruch
während der Bewegung,
- – Krafteinwirkungsschutz von Personen und Gegenständen
während der Schließbewegung und
- – Handbetätigung zum Öffnen und Schließen
des Tores z. B. bei einem Stromausfall oder bei der Montage
- – Fangen und Halten funktioniert bei Motorbetrieb und
Handbetätigung.
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Das
Halten des Tores in einer Halteposition erfolgt durch eine Bremseinrichtung 18 mit
einer Bremse 20.
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Bei
der in den 1 bis 10 dargestellten Ausführungsform
des Torantriebes 10 weist die Bremseinrichtung 18 als
Bremse mehrere Federbremsen 20, 21 auf.
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In 1 ist
die Basisplatte 16 zusammen mit einigen wesentlichen Elementen
des Torantriebes 10 dargestellt. An der Basisplatte 16 ist
der Torquemotor 12 gelagert. Der Rotor 14 umschließt
als Außenläufer den Stator 17, der deswegen
in den Figuren allenfalls teilweise zu sehen ist. An dem Rotor 14 ist
eine Rotorverzahnung 22 als Außenverzahnung vorgesehen.
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Weiter
ist an dem Rotor 14 die als Hohlwelle 15 ausgebildete
Abtriebswelle integral angeordnet. Die Hohlwelle 15 weist
eine Nut 24 zum Verkeilen einer in der Hohlwelle aufzunehmenden
Torwelle 102 (nur bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
in 11 dargestellt) auf. Dadurch kann die Hohlwelle 15 unmittelbar
an die Torwelle 102 angekoppelt werden.
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An
der Rotorverzahnung 22 greift ein Zwischenzahnrad 26 und
an dem Zwischenzahnrad 26 ein Zahnrad 28 einer
Bremswelle 30 der Bremseinrichtung 18 an.
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Die
Bremseinrichtung 18 ist mittels einer Schalteinrichtung 31 schaltbar
ausgebildet, als Schalteinrichtung 31 wirkt hier ein Elektromagnet 32, der
mit dem Torquemotor 12 bestromt wird.
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Wie
aus den 1 und 2 ersichtlich,
ist weiter an der Rotorverzahnung 22 ein Absolutwertgeber 34 vorgesehen,
der mit einem Zahnrad 36 stets getrieblich mit dem Rotor 14 gekoppelt
ist und die Drehwinkelstellung des Rotors 14 mittels eines Hall-Effekt-Drehwinkelsensors
erfasst. Hierauf wird später noch näher eingegangen.
So wird stets die Drehwinkellage des Rotors 14 und damit
der daran angekoppelten Torwelle erfasst und an eine Torantriebssteuerung 38 (siehe 12)
gegeben. In der Torantriebssteuerung 38 ist ein Frequenzumrichter angeordnet,
mittels dem der Torquemotor 12 angesteuert wird. Auch sind
in nichtflüchtigen Speichern Sollpositionen für
das Tor gespeichert, die – kontrolliert über den
Absolutwertgeber 34 – mittels des Torquemotors 12 angesteuert
werden können. Diese können z. B. in der Torantriebssteuerung 38 oder auch
in einem Kontoll- und/oder Bediengerät gespeichert sein.
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In 1 ist
weiter eine Handbetätigungseinrichtung 40 dargestellt,
mittels der der Rotor 14 manuell gedreht werden kann und
mittels der zum manuellen Drehen die Bremse 20 ausgeschaltet
werden kann.
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Die
Handbetätigungseinrichtung
40 weist eine auch
als ein erster Schaltmechanismus für die Bremse
20 wirkende
Lagerung
42 für einen Kettentrieb
44 auf.
Der Kettentrieb
44 ist identisch zu dem in der
EP 1 028 223 B1 gezeigten
Kettentrieb ausgebildet.
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Weiter
weist die Handbetätigungseinrichtung 40 als zweiten
Schaltmechanismus zum Schalten der Bremse 20 noch eine
Manualbetätigungseinheit 46 auf.
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Im
Folgenden wird die Bremseinrichtung 18 des in den 1 bis 10 gezeigten
ersten Ausführungsbeispiels näher anhand der Darstellung
in 2 erläutert, worin zu besseren Darstellungszwecken
der Elektromagnet 32 sowie der Kettentrieb 44 weggelassen
worden sind. Die Bremseinrichtung 18 weist die Federbremse 21, 21' sowie
eine Federlockerungseinrichtung 48 auf.
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Die
Federbremse 21 weist die Bremswelle 30 auf, die
an einem Ende das Zahnrad 28 aufweist, das mit dem Zwischenzahnrad 26 kämmt
und an einem anderen Ende ein weiteres Zahnrad 50 aufweist. An
einem dazwischen angeordneten Wellenbereich sind zum Bilden der
Federbremse 21, 21' zwei Bremsfedern 52 angeordnet.
Diese werden durch eine erste Schenkelfeder 54 und eine
zweite Schenkelfeder 55 gebildet. Wie am besten aus 4 ersichtlich,
weisen beide Schenkelfedern 54, 55 ein an einer
Halterung 56 festgelegtes festes Ende 57, 58, einen
Windungsbereich 59, 60 sowie einen Schenkel 61, 62 auf.
Die Windungsbereiche 59, 60 sind jeweils um den
Wellenbereich der Bremswelle 30 gewickelt. Die Dimensionen
sind dabei so gewählt, dass der Innendurchmesser der beiden
Windungsbereiche 59, 60 der unbelasteten Schenkelfedern 54, 55 vor
dem Einbau etwas kleiner sind als der Außendurchmesser des
Wellenbereiches der Bremswelle 30. Die Differenz beträgt
zwischen 0,2 und 0,5 mm.
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Dadurch
liegen die Windungsbereiche 59, 60 der Schenkelfedern 54, 55 im
Ruhezustand vorgespannt an dem Wellenbereich der Bremswelle 30 an. In
einer nicht dargestellten alternativen Ausgestaltung sind zusätzlich
oder alternativ zu der Vorspannung der Schenkelfedern 54, 55 gesonderte
Vorspannelemente – etwa an den Schenkeln 61, 62 angreifend
-vorgesehen, um den Windungsbereich 59, 60 der
Bremsfedern 52 auf die zugeordnete Bremswelle 30 zu
drücken. Wie in den 1 bis 10 gezeigt,
stehen die beiden Schenkel 61, 62 von der Bremswelle 30 tangential
ab und werden durch die Federlockerungseinrichtung 48 erfasst.
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Die
Federlockerungseinrichtung 48 weist je eine Nocke 64, 65 pro
Schenkelfeder 54, 55 auf. Die beiden Nocken 64, 65 sind
an einer Nockenwelle 66 gelagert, die durch Verschwenkung
der Lagerung 42 verdrehbar ist.
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Die
beiden Schenkel 61, 62 nehmen die Nockenwelle 66 zwischen
sich auf, so dass bei Verdrehung der Nockenwelle in die eine Drehrichtung
der eine Schenkel 61 weiter weg gebogen und somit der zugeordnete
Windungsbereich 59 von der Bremswelle gelöst wird,
und bei Drehung der Nockenwelle 66 in die entgegengesetzte
Richtung der andere Schenkel 62 von der Nockenwelle 66 weggebogen
wird, wodurch der andere Windungsbereich 60 entsprechend
von der Bremswelle 30 gelöst wird.
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Wie
am besten aus
3 ersichtlich, ist die Lagerung
42 des
Kettentriebes
44 um eine Schwenkachse
68 schwenkbar
gelagert. An dem entgegengesetzten Ende ist die Lagerung
42 über
ein Gestänge
70 mit der Nockenwelle
66 der
Federlockerungseinrichtung
48 verbunden. Wie dies in der
EP 1 028 223 B1 näher
erläutert und gezeigt ist, greift eine Kette
72 des
Kettentriebs
44 an einem als Hohlrad mit Innenverzahnung
mit angeordneten Kettenrad (hier nicht dargestellt) an. Dieses Hohlrad
ist mit Spiel von einem Innenzahnrad
74 auf einer zentrisch
angeordneten Welle
76 (siehe
4) herum
angeordnet. Die Lagerung
42 ist mittels Federn
78 in
ihre in
3 und
4 dargestellte
Mittellage, wo das Kettenhohlrad das Innenzahnrad
74 nicht
erfasst, vorgespannt.
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Bei
Zug an einem Strang der Kette 72 wird die Lagerung 42 jedoch
entgegen die Vorspannung der Federn 78 um die Schwenkachse 78 in
Zugrichtung verschwenkt. Dadurch gelangt das Kettenhohlrad in Eingriff
mit dem Innenzahnrad 74. Die Welle 76 des Innenzahnrades
ist, wie dies in 4 näher dargestellt
ist, über ein Zwischenzahnrad 80 mit dem weiteren
Zahnrad 50 der Bremswelle in Eingriff.
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Über
die Bremswelle 30 und das Zwischenzahnrad 26 ist
so die Welle 76 der Handbetätigungseinrichtung 40 mit
der Rotorverzahnung 22 in Eingriff.
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Das
Gestänge 70 ist derart eingestellt, dass erst
bei Eingriff zwischen Innenzahnrad 74 und Kettenhohlrad
ein Lösen der entsprechenden Schenkelfeder 54, 55 von
der Bremswelle 30 erfolgt.
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Die
Federlockerungseinrichtung 48 weist neben der Nockenwelle 66 mit
den beiden Nocken 64, 65 noch einen an den beiden
Schenkeln 61, 62 angreifenden, mittels des Elektromagneten 32 verschiebbaren
Schieber 82 auf. Die Schenkel 61, 62 sind
in Langlöchern (nicht dargestellt) des Schiebers 82 aufgenommen,
so dass bei Zug des Schiebers 82 in die eine Richtung (z.
B. nach unten in 7) nur der eine Schenkel 61 zur
Lockerung der ersten Schenkelfeder 54 bewegt wird, während
der zweite Schenkel 62 der zweiten Schenkelfeder 55 unbewegt bleibt.
Bei Verschieben des Schiebers 82 in die entgegengesetzte
Richtung (z. B. nach oben in 7) wird
dann nur der zweite Schenkel 62, nämlich derjenige
der zweiten Schenkelfeder 55 zur Lockerung dieser zweiten
Schenkelfeder 55 bewegt.
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Wie
erläutert kann der Schieber 82 durch den Elektromagneten 32 bewegt
werden. Hierzu ist der Schieber 82 mit einem Stangenbereich 84 versehen,
welcher sich durch den Elektromagneten 32 hindurch erstreckt.
Weiter ist der Schieber 82 durch den Schaltmechanismus
der Handbetätigungseinrichtung 40, also hier durch
die Manualbetätigungseinheit 46 bewegbar. Hierzu
greift an dem Schieber 82, hier an dem Stangenbereich 84 an
dem entgegengesetzten Ende, ein Stift 86 an einer Schwenkwelle 88 der
Manualbetätigungseinheit 46 an.
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Wie
aus 8 und 5 ersichtlich, hat die Manualbetätigungseinrichtung 46 auf
der Rückseite der Basisplatte 16 einen Hebel 90,
der mit der Schwenkwelle 88 zur gemeinsamen Drehung verbunden
ist und der über eine Flaschenzugkonstruktion 92 mittels
eines Bowdenzugs 94 verschwenkbar ist.
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Der
Bowdenzug
94 lässt sich mittels einer Notentriegelungsvorrichtung
bedienen, die hier nicht weiter dargestellt ist, jedoch genauso
wie in der
DE 1 035
667 A1 , der
DE
102 56 480 A1 oder der
EP 1 418 296 B1 dargestellt und gezeigt ausgestaltet
sein kann.
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Durch
Zug an dem Bowdenzug 94 wird der Hebel 90 verschwenkt.
Dadurch wird die Schwenkwelle 88 verschwenkt, so dass über
den Stift 86 der Schieber 82 bewegt wird, um so
eine der Schenkelfedern 54, 55 zu lockern und
damit die Bremseinrichtung 18 zu lösen. Dadurch
kann ein an die Hohlwelle 15 angeschlossenes Tor ohne Entkupplung
der Torwelle 102 von dem Rotor 14 und damit ohne
Entkupplung von dem Absolutwertgeber 34 manuell bewegt
werden.
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In
der 11 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel
für den Absolutwertgeber 34 schematisch dargestellt.
Der Absolutwertgeber 34 bildet einen Torwegsensor 200,
mittels welchem eine Position und ein Weg des an den Torantrieb 10 angeschlossenen
Torflügels (nicht dargestellt) durch absolute Positionssignale
erfassbar ist. Hierzu weist der Absolutwertgeber 34 ein
Gehäuse 202 auf, in welchem ein erster Drehwinkelsensor 204 und
ein zweiter Drehwinkelsensor 206 untergebracht sind. Beide Drehwinkelsensoren 204, 206 sind
als Hall-Drehwinkelsensoren ausgebildet.
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Der
erste Drehwinkelsensor 204 weist ein erstes Drehelement 208 auf,
welches über ein Übersetzungsgetriebe 210 an
eine Eingangswelle 212 des Torwegsensors 200 mit
einer großen Übersetzung angeschlossen ist. Das
erste Drehelement 208 weist einen auf einer Ausgangswelle 214 des Übersetzungsgetriebes 210 sitzenden
ersten Magneten 216 auf. Weiter weist der erste Drehwinkelsensor 204 eine
erste Erfassungseinheit 218 auf, die die Drehwinkelstellung
des ersten Magneten 216 erfasst und ein erstes Torpositionssignal 220 in
Form einer ersten Spannung U1 abgibt. Dieses
erstes Torpositionssignal 220 ist ein Signal, das mit der
Drehwinkelstellung des ersten Magneten 216 stetig monoton
ansteigt.
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Das Übersetzungsgetriebe 210 weist
eine Getriebeeingangswelle 222 und die Ausgangswelle 214 auf.
Die Getriebeeingangswelle 222 ist getrieblich mit der Eingangswelle 212 gekoppelt,
wie dies durch zwei Zahnräder 224, 225 angedeutet
ist.
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Die Übersetzung
des Übersetzungsgetriebes 210 beträgt
mehr als 1:100 beispielsweise zwischen 1:100 und 1:150. Für
eine Umdrehung der Ausgangswelle 214 werden somit mehr
als 100 Umdrehungen des Zahnrades 36 benötigt.
Insgesamt wird die Übersetzung 210 derart gewählt,
dass bei allen denkbaren Torarten, an die der Torantrieb 10 anzuschließen
ist, im Verlauf einer gesamten Torbewegung zwischen der Öffnungsendstellung
und der Schließendstellung (oder umgekehrt) keine gesamte Volldrehung
von 360° Grad des ersten Magneten 216 erfolgt.
Auf diese Weise lässt sich dem ersten Torpositionssignal 220 stets
eine bestimmte Position des angeschlossenen Torflügels
zuordnen. Man kann stets an dem anliegenden Torpositionssignal die
jeweils vorliegende Torposition bestimmen.
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Der
zweite Drehwinkelsensor 206 weist ein zweites Drehwinkelelement 226 auf,
welches sich um ein Vielfaches schneller als das erste Drehelement 208 dreht.
Das zweite Drehelement 226 weist einen zweiten Magneten 228 auf,
der auf der Eingangswelle 212 sitzt und sich somit gleich
schnell wie das Zahnrad 36 dreht. Weiter weist der zweite
Drehwinkelsensor 206 eine zweite Erfassungseinheit 230 auf. Auch
die zweite Erfassungseinheit 230 ist vorzugsweise als Absolutwertsensor
ausgebildet und ist derart ausgebildet, dass sie aus der vorliegenden
Drehwinkelposition des zweiten Magneten 228 ein zweites
Positionssignal 232 in Form einer zweiten Spannung U2 erzeugt, die eine stetig monoton ansteigende
Funktion der jeweiligen Drehwinkelposition des zweiten Magneten 228 ist.
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Entsprechende
Drehwinkelsensoren 206, 204, die aus Drehwinkelstellungen
von Magneten stetig monotone Signale erzeugen, sind beispielsweise
als Hall-Effekt-Drehwinkelsensoren auf dem Markt erhältlich.
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Entsprechende Übersetzungsgetriebe 210 sind
beispielsweise auf dem Modellbaumarkt, beispielsweise zum Flugzeugmodellbau,
erhältlich.
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Wie
insbesondere aus 12, die ein schematisches Schaltbild
darstellt, ersichtlich, steuert die Torantriebssteuerung 38 den
Torquemotor 12 anhand der beiden Positionssignale 220, 232.
Durch das erste Torpositionssignal 220 ermittelt die Torantriebssteuerung 38 die
jeweilige Torposition. In einer einzigen Lernfahrt nach Anschließen
des Torantriebes 10 werden die Eigenschaften des angetriebenen Tores
einmal eingelernt. Insbesondere werden hierbei die Endpositionen
(Schließendposition sowie Öffnungsendposition)
derart eingelernt, dass die Torantriebssteuerung 38 den
beiden Endpositionen jeweils einen bestimmten Wert des ersten Torpositionssignals 220 zuordnet.
Es ist grundsätzlich aber auch möglich, dass entsprechende
Endpositionen für unterschiedliche Tore bereits vorgespeichert
sind. Anhand des zweiten Positionssignals 232 erhält
die Torantriebssteuerung 38 sehr genaue Zwischenwerte. Aus
diesem Signal können auch genaue Geschwindigkeiten und
Beschleunigungen des Rotors 14 abgeleitet werden und überwacht
werden.
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Es
können insbesondere in der Torantriebssteuerung 38 wegabhängige
Geschwindigkeitsprofile für den Rotor 14 vorgesehen
werden, um den Torflügel wegabhängig unterschiedlich
schnell zu steuern. Entsprechende Steuerungssignale werden als Steuersignale 240 auf
den Torquemotor 12 gegeben. Über den zweiten Drehwinkelsensor
kann dann die Torantriebssteuerung 38 überwachen,
ob der Rotor 14 entsprechende Bewegungen durchführt.
Weicht die Rotorbewegung von den Steuerbefehlen ab, kann daraus
ein Fehler ermittelt werden. Insbesondere können bei der
dargestellten Konfiguration auch kleinere Geschwindigkeitsänderungen
des Rotors 14 erfasst werden, die beispielsweise beim Auflaufen des
Torflügels auf ein relativ weiches Hindernis verursacht
werden. Dadurch kann auch die Sicherheit erhöht werden,
da zwei Positionsgeber statt einem vorhanden sind und somit die
Position des Torflügels bestimmt werden kann. Die Gesamtauflösung
des Absolutwertgebers 34 ist wesentlich erhöht.
-
Die
Torantriebssteuerung 38 kann dann durch ein entsprechendes
Abschalten reagieren. Insgesamt ist dadurch eine sehr genaue Steuerung
des Torquemotors 12 sowie des daran angeschlossenen Tores
möglich.
-
- 10
- Torantrieb
- 12
- Torquemotor
- 13
- Synchronmotor
- 14
- Rotor
- 15
- Hohlwelle
(Abtriebswelle)
- 16
- Basisplatte
(eines Antriebsgehäuses)
- 17
- Stator
- 18
- Bremseinrichtung
- 20
- Bremse
- 21
- Federbremse
- 21'
- Federbremse
- 22
- Rotorverzahnung
- 24
- Nut
in der Hohlwelle
- 26
- Zwischenzahnrad
- 28
- Zahnrad
- 30
- Bremswelle
- 31
- Schalteinrichtung
- 32
- Elektromagnet
- 34
- Absolutwertgeber
- 36
- Zahnrad
- 38
- Torantriebssteuerung
- 40
- Handbetätigungseinrichtung
- 42
- Lagerung
- 44
- Kettentrieb
- 46
- Manualbetätigungseinheit
- 48
- Federlockerungseinrichtung
- 50
- weiteres
Zahnrad der Bremswelle
- 52
- Bremsfeder
- 54
- erste
Schenkelfeder
- 55
- zweite
Schenkelfeder
- 56
- Halterung
- 57
- festes
Ende
- 58
- festes
Ende
- 59
- Windungsbereich
- 60
- Windungsbereich
- 61
- Schenkel
- 62
- Schenkel
- 64
- Nocke
- 65
- Nocke
- 66
- Nockenwelle
- 68
- Schwenkachse
der Lagerung
- 70
- Gestänge
- 72
- Kette
- 74
- Innenzahnrad
- 76
- Welle
- 78
- Federn
- 80
- Zwischenzahnrad
- 82
- Schieber
- 84
- Stangenbereich
- 86
- Stift
- 88
- Schwenkwelle
- 90
- Hebel
- 92
- Flaschenzugkonstruktion
- 94
- Bowdenzug
- 96
- Deckplatte
des Antriebsgehäuses
- 100
- Antriebsgehäuse
- 102
- Torwelle
- 200
- Torwegsensor
- 202
- Gehäuse
- 204
- erster
Drehwinkelsensor
- 206
- zweiter
Drehwinkelsensor
- 208
- erstes
Drehelement
- 210
- Übersetzungsgetriebe
- 212
- Eingangswelle
- 214
- Ausgangswelle
- 216
- erster
Magnet
- 218
- erste
Erfassungseinheit
- 220
- erstes
Torpositionssignal
- 222
- Getriebeeingangswelle
- 224
- Zahnrad
- 225
- Zahnrad
- 226
- zweites
Drehelement
- 228
- zweiter
Magnet
- 230
- Erfassungseinheit
- 232
- zweites
Positionssignal
- 240
- Steuerungssignal
- U1
- erste
Spannung
- U2
- zweite
Spannung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1426538
A2 [0060]
- - EP 11426538 A2 [0060]
- - EP 1028223 B1 [0074, 0081]
- - DE 1035667 A1 [0088]
- - DE 10256480 A1 [0088]
- - EP 1418296 B1 [0088]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - „EBERLEIN,
W; BARAN: „Besser direkt”, in WISSENSPORTAL baumaschine.de,.
1(2005)” [0057]