DE102013103476A1 - Door operator with non-contact angle sensor - Google Patents

Door operator with non-contact angle sensor Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Türbetätiger (1) zum Bewegen einer Türe, umfassend eine Antriebseinheit (3) zum Erzeugen eines Drehmoments, eine Abtriebswelle (2) zur Anbindung eines Kraftübertragungsgestänges, ein Getriebe, welches das Drehmoment von der Antriebseinheit (3) zur Abtriebswelle (2) überträgt, und einen Winkelsensor (7) an der Abtriebswelle (2), der eine Verdrehung der Abtriebswelle (2) detektiert, wobei der Winkelsensor (7) die Abtriebswelle (2) nicht berührt.The invention relates to a door actuator (1) for moving a door, comprising a drive unit (3) for generating a torque, an output shaft (2) for connecting a power transmission linkage, and a transmission which transmits the torque from the drive unit (3) to the output shaft ( 2) transmits, and an angle sensor (7) on the output shaft (2), which detects a rotation of the output shaft (2), the angle sensor (7) not touching the output shaft (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Türbetätiger mit einem Winkelsensor, der zur Bestimmung einer aktuellen Position einer von dem Türbetätiger zu bewegenden Türe verwendet werden kann. Dies ist die Grundlage zum Einsatz von Regelungen für die Bewegungen der Tür. The present invention relates to a door operator with an angle sensor that can be used to determine a current position of a door to be moved by the door operator. This is the basis for using regulations for the movements of the door.

Vorbekannte Türbetätiger weisen in der Regel Winkelsensoren auf, die direkt auf einen Motor des Türbetätigers aufgesetzt wurden. Da sich jedoch zwischen dem Motor und der Türe selbst Getriebestufen und Drehmomentübertragungselemente befinden, ist es möglich, dass ein Spiel in dem Türbetätiger auftritt, so dass der von dem Winkelsensor gemessene Winkel unter Umständen nicht mit der tatsächlichen Position der zu bewegenden Türe übereinstimmt. Previous door operators usually have angle sensors that have been placed directly on a motor of the door operator. However, since there are gear stages and torque transmitting elements between the motor and the door itself, it is possible for a backlash to occur in the door operator, so that the angle measured by the angle sensor may not coincide with the actual position of the door to be moved.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Türbetätiger bereitzustellen, der bei einfacher und kostengünstiger Herstellung und Montage ein sicheres und wartungsarmes Bestimmen der Position der zu bewegenden Türe ermöglicht. It is therefore an object of the invention to provide a door operator, which allows a simple and cost-effective production and assembly safe and low-maintenance determination of the position of the door to be moved.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Kombination der Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Dieser offenbart einen Türbetätiger zum Bewegen einer Türe, der eine Antriebseinheit zum Erzeugen eines Drehmoments umfasst. Unter Türbetätigern sind dabei insbesondere Türschließer, Türantriebe oder Servotürschließer zu verstehen. Das erzeugte Drehmoment wird über ein Getriebe zu einer Abtriebswelle übertragen, wobei das Getriebe eine oder mehrere Übersetzungsstufen aufweisen kann. An die Abtriebswelle wiederum ist ein Kraftübertragungsgestänge montierbar, dass zum Bewegen der Türe dient. Um die aktuelle Position dieser Türe zu überwachen, ist an der Abtriebswelle ein Winkelsensor angebracht, der eine Verdrehung der Abtriebswelle detektiert. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Winkelsensor die Abtriebswelle nicht berührt. Durch das Anbringen des Winkelsensors an der Abtriebswelle hat ein eventuell vorhandenes Spiel innerhalb des Getriebes zwischen Antriebseinheit und Abtriebswelle keinen Einfluss auf die Messung des Winkels. Daher bietet der erfindungsgemäße Türbetätiger sehr genaue Positionsdaten über die zu bewegende Tür und ist somit für hochpräzise Regelungen geeignet. The object is solved by the combination of the features of independent claim 1. This discloses a door operator for moving a door, which comprises a drive unit for generating a torque. Door operators are in particular door closers, door drives or power door closers to understand. The generated torque is transmitted via a transmission to an output shaft, wherein the transmission may have one or more translation stages. In turn, a power transmission linkage is mounted to the output shaft, which serves to move the door. In order to monitor the current position of this door, an angle sensor is mounted on the output shaft, which detects a rotation of the output shaft. According to the invention it is provided that the angle sensor does not touch the output shaft. By attaching the angle sensor to the output shaft any existing play within the transmission between the drive unit and output shaft has no effect on the measurement of the angle. Therefore, the door actuator according to the invention provides very accurate position data on the door to be moved and is thus suitable for high-precision controls.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Türbetätiger ein Gehäuse, an welchem der Winkelsensor befestigt ist. Weiterhin ist der Winkelsensor bevorzugt derart ausgerichtet, dass er zumindest eine auf der Abtriebswelle angebrachte Markierung erfasst. Mit dieser Anordnung kann der Winkelsensor anhand der Markierung eine Verdrehung der Abtriebswelle detektieren, ohne die Abtriebswelle oder die Markierung direkt zu berühren. Durch den dadurch vermiedenen Verschleiß ist ein wartungsarmer Betrieb des Türbetätigers möglich. In a preferred embodiment of the invention, the door operator comprises a housing to which the angle sensor is attached. Furthermore, the angle sensor is preferably oriented such that it detects at least one marking mounted on the output shaft. With this arrangement, the angle sensor can detect a rotation of the output shaft based on the marking, without directly touching the output shaft or the marking. By thus avoided wear a low-maintenance operation of the door operator is possible.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Abtriebswelle des Türbetätigers zumindest 2000 Markierungen, insbesondere zumindest 2500 Markierungen, auf. Diese Anzahl an Markierungen ist notwendig, um eine für moderne Regelungsaufgaben erforderliche Genauigkeit des Winkelsensors sicherzustellen. In a particularly advantageous embodiment, the output shaft of the door operator at least 2000 markers, in particular at least 2500 markings on. This number of markings is necessary to ensure the accuracy of the angle sensor required for modern control tasks.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Markierungen durch ein Zahnrad und/oder durch ein Polrad realisiert sind. Die Markierungen des Zahnrads werden durch den Übergang von Zahn zu Ausnehmung gebildet, während bei dem Polrad die Markierungen durch einen Wechsel der magnetischen Polarisierung erzeugt werden. Die Verwendung eines Zahnrads hat den Vorteil, dass dieses sehr einfach zu fertigen ist, während ein Polrad unempfindlich gegen Staub und Schmutz ist. Furthermore, it is preferably provided that the markings are realized by a gear and / or by a flywheel. The marks of the gear are formed by the transition from tooth to recess, while the pole wheel, the marks are generated by a change in the magnetic polarization. The use of a gear has the advantage that this is very easy to manufacture, while a pole wheel is insensitive to dust and dirt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Winkelsensor des Türbetätigers ein optischer oder ein magnetischer Inkrementalsensor. Der optische Inkrementalsensor kann beispielsweise eine Laserlichtquelle umfassen, die einen Laserstrahl auf die Markierungen der Abtriebswelle projiziert. Als Markierungen können hier beispielsweise der Übergang von Zahn zu Ausnehmung eines Zahnrads dienen, da diese das Licht unterschiedlich reflektieren. Der magnetische Inkrementalsensor kann beispielsweise als Hallsensor ausgebildet sein und unterschiedliche Polarisierungen auf der Abtriebswelle als Markierungen erkennen. Bei bekannter Anzahl an Markierungen und Aufsummieren der bereits durch den Inkrementalsensor erfassten Markierungen kann somit eine eindeutige Winkelposition der Abtriebswelle bestimmt werden. In an advantageous embodiment of the invention, the angle sensor of the door operator is an optical or a magnetic incremental sensor. The optical incremental sensor may, for example, comprise a laser light source which projects a laser beam onto the markings of the output shaft. As markings can serve here, for example, the transition from tooth to recess of a gear, as they reflect the light differently. The magnetic incremental sensor may, for example, be designed as a Hall sensor and detect different polarizations on the output shaft as markings. With a known number of markings and adding up the markings already detected by the incremental sensor, it is thus possible to determine a definite angular position of the output shaft.

Vorteilhafter Weise ist der Winkelsensor des Türbetätigers derart eingerichtet, dass dieser zumindest eine Verdrehung um 0,18°, bevorzugt um zumindest 0,14°, erkennt. Diese Werte werden für ei ne Regelung der Bewegung der Türe benötigt. Es ist daher möglich, den erfindungsgemäßen Türbetätiger als Basis für eine geregelte Türbewegung zu verwenden. Advantageously, the angle sensor of the door operator is set up such that it detects at least one rotation of 0.18 °, preferably of at least 0.14 °. These values are needed for controlling the movement of the door. It is therefore possible to use the door operator according to the invention as a basis for a controlled door movement.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Antriebseinheit des Türbetätigers zum Erzeugen eines Drehmoments oder einer Kraft einen Elektromotor und/oder eine hydraulische Pumpe. In an advantageous embodiment, the drive unit of the door operator for generating a torque or a force comprises an electric motor and / or a hydraulic pump.

Ebenso ist vorteilhaft vorgesehen, dass das Getriebe des Türbetätigers mechanisch und/oder hydraulisch ausgestaltet ist. Es ist somit erfindungsgemäß möglich, das Drehmoment oder die Kraft auf die Abtriebswelle auf unterschiedlichste Weise aufzubringen, so dass der erfindungsgemäße Türbetätiger sehr vielseitig einsetzbar ist. Likewise, it is advantageously provided that the transmission of the door operator is designed mechanically and / or hydraulically. It is thus possible according to the invention to apply the torque or the force to the output shaft in a variety of ways, so that the door operator according to the invention is very versatile.

Bevorzugt ist die Abtriebsachse rotatorisch spielfrei mit der zu bewegenden Türe verbunden. Da die Messung des Winkels an der Abtriebswelle erfolgt, hat eine rotatorisch spielfreie Verbindung von Abtriebswelle und Türe den Vorteil, dass der gemessene Winkel direkt zu einer Position der Türe korrespondiert. Das Auftreten eines Spiels zwischen Abtriebswelle und Türe könnte hingegen die Positionsbestimmung der Türe ungenauer werden lassen. Preferably, the output shaft is rotationally free of play connected to the door to be moved. Since the measurement of the angle takes place on the output shaft, a rotationally play-free connection of output shaft and door has the advantage that the measured angle corresponds directly to a position of the door. The occurrence of a game between the output shaft and door, however, could be the position of the door less accurate.

Es ist außerdem vorgesehen, dass der erfindungsgemäße Türbetätiger eine Regelvorrichtung umfasst, wobei die Regelvorrichtung eingerichtet ist, die Türe auf eine Zielposition zu bewegen. Dabei kann die Regelvorrichtung auf den Winkelsensor zurückgreifen, da der durch den Winkelsensor bestimmte Winkel der Abtriebswelle direkt zu einer Position der Türe korrespondiert. Die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Winkelsensors erlaubt dabei eine exakte Regelung der Türe auf eine gewollte Zielposition. Es ist daher mit dem erfindungsgemäßen Türbetätiger möglich, beispielsweise eine Drehtüre bei Nichtgebrauch stets in eine Position zu bringen, in der diese den Durchgang vollständig sperrt. It is also contemplated that the door operator according to the invention comprises a control device, wherein the control device is adapted to move the door to a target position. In this case, the control device can fall back on the angle sensor, since the angle determined by the angle sensor of the output shaft corresponds directly to a position of the door. The accuracy of the angle sensor according to the invention allows an exact control of the door to a desired target position. It is therefore possible with the door actuator according to the invention, for example, always bring a revolving door when not in use in a position in which this completely blocks the passage.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigt: The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Showing:

1 eine schematische Übersicht über den Türbetätiger gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. 1 a schematic overview of the door operator according to a preferred embodiment of the invention.

Die 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Türbetätiger 1 gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Der Türbetätiger 1 umfasst eine Abtriebswelle 2, die mit einem Kraftübertragungsgestänge verbindbar ist. Über die Abtriebswelle 2 wird ein Drehmoment auf die zu bewegende Türe aufgebracht, so dass der Türbetätiger 1 die Türe bewegen kann. Bei einer Montage des Türbetätigers 1 am Türflügel wird die Kraft mittels des Kraftübertragungsgestänges auf die Zarge übertragen. The 1 shows a door operator according to the invention 1 according to a preferred embodiment of the invention. The door operator 1 includes an output shaft 2 , which is connectable to a power transmission linkage. About the output shaft 2 a torque is applied to the door to be moved, so that the door operator 1 can move the door. When installing the door operator 1 on the door the force is transmitted by means of the power transmission linkage to the frame.

Die zum Bewegen der Türe benötigte Kraft wird von einer Antriebseinheit 3 erzeugt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Antriebseinheit 3 ein Elektromotor, der über eine Kupplung 4 und über ein Getriebe 5 mit der Abtriebswelle 2 verbunden ist. Hier dargestellt ist das Getriebe 5 als Kegelradgetriebe, es ist jedoch ebenso möglich, ein gewöhnliches Zahnradgetriebe zu verwenden. In diesem Fall sind Antriebseinheit 3 und Abtriebswelle 2 achsparallel angeordnet. Die Abtriebswelle 2 ragt aus dem Gehäuse des Türbetätigers 1 heraus. The force required to move the door is provided by a drive unit 3 generated. In this embodiment, the drive unit 3 an electric motor that has a clutch 4 and about a gearbox 5 with the output shaft 2 connected is. Shown here is the gearbox 5 as a bevel gear, however, it is also possible to use an ordinary gear transmission. In this case are drive unit 3 and output shaft 2 arranged axially parallel. The output shaft 2 protrudes from the housing of the door operator 1 out.

Um eine Positionierung der Türe zu ermöglichen, ist an der Abtriebswelle 2 ein Polrad 6 angebracht. Das Polrad 6 weist an dessen äußeren Bereich 14 unterschiedliche magnetische Polarisierungen auf. Ein Winkelsensor 7 ist derart angebracht, dass die Polarisierungen des Polrads 6 innerhalb eines Erfassungsbereichs des Winkelsensors 7 liegen, so dass dieser einen Wechsel von einer ersten Polarisierung zu einer zweiten Polarisierung detektieren kann. Somit gibt der Winkelsensor 7 während einer Rotation der Abtriebswelle 2 bei jedem Durchgang eines Polarisationsübergangs innerhalb des Polrads 6 ein Signal an eine Recheneinheit 8 weiter. Die Recheneinheit 8 kann, bei bekannter Anzahl an unterschiedlichen Polarisierungen des Polrads 6, bestimmen, um welchen Winkel die Abtriebswelle 2 verdreht wurde. Aufgrund der Tatsache, dass die anzutreibende Tür mit der Abtriebswelle 2 spielfrei verbunden ist, ist es der Recheneinheit 8 daher auch möglich, die Position der Türe zu bestimmen. Durch diese Rückkoppelung ist es der Rechenheit 8 möglich, die Antriebseinheit 3 anzusteuern, um die Türe auf eine vorgegebene Position zu bringen. To allow positioning of the door is on the output shaft 2 a pole wheel 6 appropriate. The pole wheel 6 points to its outer area 14 different magnetic polarizations. An angle sensor 7 is mounted such that the polarizations of the pole wheel 6 within a detection range of the angle sensor 7 lie so that it can detect a change from a first polarization to a second polarization. Thus, the angle sensor gives 7 during a rotation of the output shaft 2 at each pass of a polarization transition within the pole wheel 6 a signal to a computing unit 8th further. The arithmetic unit 8th can, with a known number of different polarizations of the pole wheel 6 , determine the angle at which the output shaft 2 was twisted. Due to the fact that the door to be driven with the output shaft 2 is connected without play, it is the arithmetic unit 8th therefore also possible to determine the position of the door. Through this feedback, it is the accountability 8th possible, the drive unit 3 to drive to bring the door to a predetermined position.

Für die Positionsbestimmung der Türe ist es daher unerheblich, wie groß das Spiel innerhalb des Getriebes 5 und der Kupplung 4 ist, da die Positionsbestimmung direkt an der Abtriebswelle 2 erfolgt. Durch die Verwendung von magnetischen Polarisierungen als Markierung ist es ebenfalls unerheblich, ob sich zwischen Polrad 6 und Winkelsensor 7 Verschmutzungen wie Öl oder Staub ansammeln, da der Winkelsensor 7 weiterhin die Markierungen auf dem Polrad 6 erkennen kann. Dies ermöglicht ein sicheres und wartungsarmes Betreiben des erfindungsgemäßen Türbetätigers 1. For determining the position of the door, it is therefore irrelevant how big the game within the transmission 5 and the clutch 4 is because the position determination directly on the output shaft 2 he follows. The use of magnetic polarization as a marker, it is also irrelevant whether between pole 6 and angle sensor 7 Contaminate dirt such as oil or dust as the angle sensor 7 continue the marks on the pole wheel 6 can recognize. This allows a safe and low-maintenance operation of the door operator according to the invention 1 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Türbetätiger door actuators
2 2
Abtriebswelle output shaft
3 3
Antriebseinheit drive unit
4 4
Kupplung clutch
5 5
Getriebe transmission
6 6
Polrad flywheel
7 7
Winkelsensor angle sensor
8 8th
Rechenvorrichtung computing device
14 14
äußerer Bereich des Polrads outer portion of the pole wheel

Claims (10)

Türbetätiger (1) zum Bewegen einer Türe, umfassend – eine Antriebseinheit (3) zum Erzeugen eines Drehmoments, – eine Abtriebswelle (2) zur Anbindung eines Kraftübertragungsgestänges, – ein Getriebe, welches das Drehmoment von der Antriebseinheit (3) zur Abtriebswelle (2) überträgt, und – einen Winkelsensor (7) an der Abtriebswelle (2), der eine Verdrehung der Abtriebswelle (2) detektiert, wobei der Winkelsensor (7) die Abtriebswelle (2) nicht berührt. Door operator ( 1 ) for moving a door, comprising - a drive unit ( 3 ) for generating a torque, - an output shaft ( 2 ) for connecting a power transmission linkage, - a gearbox, which transmits the torque from the drive unit ( 3 ) to the output shaft ( 2 ) transmits, and An angle sensor ( 7 ) on the output shaft ( 2 ), a rotation of the output shaft ( 2 ), wherein the angle sensor ( 7 ) the output shaft ( 2 ) not touched. Türbetätiger nach Anspruch 1, umfassend ein Gehäuse, wobei der Winkelsensor (7) an dem Gehäuse befestigt ist, so dass dieser zumindest eine auf der Abtriebswelle (2) angebrachte Markierung erfasst. Door operator according to claim 1, comprising a housing, wherein the angle sensor ( 7 ) is attached to the housing, so that this at least one on the output shaft ( 2 ). Türbetätiger nach Anspruch 2, wobei die Abtriebswelle (2) zumindest 2000 Markierungen, insbesondere zumindest 2500 Markierungen, aufweist. Door operator according to claim 2, wherein the output shaft ( 2 ) has at least 2000 markings, in particular at least 2500 markings. Türbetätiger nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Abtriebswelle (2) ein Zahnrad und/oder ein Polrad (6) mit wechselnden magnetischen Polarisierungen als Markierung aufweist. Door operator according to claim 2 or 3, wherein the output shaft ( 2 ) a gear and / or a rotor ( 6 ) with alternating magnetic polarizations as a marker. Türbetätiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Winkelsensor (7) ein optischer oder ein magnetischer Inkrementalsensor ist. Door operator according to one of the preceding claims, wherein the angle sensor ( 7 ) is an optical or a magnetic incremental sensor. Türbetätiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Winkelsensor (7) eingerichtet ist, zumindest eine Verdrehung um 0,18°, bevorzugt um zumindest 0,14°, zu erkennen. Door operator according to one of the preceding claims, wherein the angle sensor ( 7 ) is arranged to detect at least one rotation by 0.18 °, preferably by at least 0.14 °. Türbetätiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebseinheit (3) einen Elektromotor und/oder eine hydraulische Pumpe umfasst. Door operator according to one of the preceding claims, wherein the drive unit ( 3 ) comprises an electric motor and / or a hydraulic pump. Türbetätiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Getriebe (5) mechanisch und/oder hydraulisch ausgestaltet ist. Door operator according to one of the preceding claims, wherein the transmission ( 5 ) is designed mechanically and / or hydraulically. Türbetätiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abtriebsachse (2) rotatorisch spielfrei mit der Türe verbindbar ist. Door operator according to one of the preceding claims, wherein the output shaft ( 2 ) rotationally free play with the door is connectable. Türbetätiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Regelvorrichtung (8), wobei die Regelvorrichtung (8) eingerichtet ist, an Hand des Signals des Winkelsensors (7) eine Position der Türe zu bestimmen, um die Türe auf eine Zielposition zu bewegen. Door operator according to one of the preceding claims, comprising a control device ( 8th ), the control device ( 8th ) is set up on the basis of the signal of the angle sensor ( 7 ) to determine a position of the door to move the door to a target position.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220034145A1 (en) * 2018-12-18 2022-02-03 Kiekert Ag Opening device for a motor vehicle door element

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