DE202004009047U1

DE202004009047U1 - Positionsgeber für Tore

Info

Publication number: DE202004009047U1
Application number: DE202004009047U
Authority: DE
Original assignee: Feig Electronic GmbH
Current assignee: Feig Electronic GmbH
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2014-06-09

Abstract

Positionsgeber zur Erfassung eines Drehwinkels einer elektromotorisch angetriebenen Welle eines Tores oder einer Tür oder der Abtriebswelle des entsprechenden Antriebes dazu, dadurch gekennzeichnet , dass der Positionsgeber (10) wenigstens eine Sensoreinheit (1, 7) zur Erfassung eines Drehwinkels zwischen 0° und 360° aufweist, dass der Positionsgeber (10) ein zwischen Sensoreinheit (1, 7) und Welle (6) angeordnetes Getriebe (2) aufweist mit einem Übersetzungsverhältnis, derart, dass der maximale Fahrweg des erfassten Tores oder der erfassten Tür auf der Sensoreinheit (1, 7) einem Drehwinkel von weniger als 360° entspricht, und dass der Positionsgeber (10) unmittelbar an der Welle (6) angekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Positionsgeber für Tore, insbesondere für Industrietore und Schnelllauftore.
An Toren, insbesondere an Industrietoren und Schnelllauftoren werden zur Erfassung der Torposition in der Regel so genannte eintourige (englisch "single turn") Positionsgeber eingesetzt. Diese Art Positionsgeber geben für einen Umlauf des Gebers von 360° eine vorbestimmte Anzahl von Schritten aus. So kann ein Geber die 360° eines Vollkreises zum Beispiel mit einer Auflösung von 0,1° oder 0,5° auflösen.
Aus dem Drehwinkel, den der Positionsgeber meldet, leitet die Torsteuerung, mit der der Positionsgeber verbunden ist, die momentane Position des Tores ab. Dazu werden der Torsteuerung bei der Inbetriebnahme des Tores der Drehwinkel, dem zum Beispiel der obere und untere Haltepunkt des Tores entspricht, eingelernt. Von diesem Zeitpunkt an kennt die Torsteuerung diese den Haltepunkten entsprechenden Drehwinkel und stoppt das Tor jeweils an diesen Punkten.
Zur Erfassung der absoluten Torposition sind gemäß dem Stand der Technik weit verbreitet solche Lösungen, bei denen ein Positionsgeber über einen eigens dafür vorgesehenen Getriebeausgang der Torantriebseinheit an das Tor angekoppelt wird. Dieser Getriebeausgang ist notwendig, damit der eintourige Positionsgeber während einer kompletten Torbewegung nicht mehr als 360° gedreht wird.
Diese zum Stand der Technik gehörenden Lösungen haben den Nachteil, dass hierdurch der Torproduzent fest an speziell für den Einsatz am Tor konzipierte Antriebseinheiten gebunden ist, da in der Regel nur diese Antriebseinheiten die Möglichkeit zum Ankoppeln eines eintourigen Positionsgebers aufweisen.
Gemäß dem Stand der Technik ist darüber hinaus aus dem industriellen Bereich für Werkzeug- oder Sondermaschinen eine Reihe von eintourigen Positionsgebern bekannt, die nach unterschiedlichen Funktionsprinzipien arbeiten. So gibt es Positionsgeber, die einen verstellbaren elektrischen Widerstand (so genannte Potentiometer) beinhalten. Andere Positionsgeber arbeiten mit optisch codierten Scheiben, die durch eine Art Lichtschranke abgetastet werden, oder nach elektromagnetischen Prinzipien, bei denen ein Hallgeber oder ein magnetoresistiver Sensor eine zuvor definiert aufgebrachte Magnetspur abtastet.
Diese für den Maschinenbau konzipierten Positionsgeber haben den Nachteil, dass sie eine zusätzliche Einrichtung zur Erfassung der Touren benötigen, die der Geber macht, falls er mehrmals über den 360°-Bereich bewegt wird.
Weiterer Nachteil dieser zum Stand der Technik gehörenden Positionsgeber ist, dass diese Geber sehr aufwändige Lager benötigen, die zwar einen sicheren und dauerhaften Betrieb gewährleisten, jedoch für den Einsatz an einem typischen Tor deutlich überdimensioniert sind.
Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine preiswerte und einfach hantierbare absolute Positionserfassung an Toren in Verbindung mit intelligenten Torsteuerungen anzugeben, die sich unabhängig vom eingesetzten Torantrieb, zum Beispiel direkt an die Torwelle ankoppeln lässt und den Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit, Langlebigkeit und Montagefreundlichkeit optimal an den Einsatzbereich eines Tores angepasst ist.
Dieses technische Problem wird durch einen Positionsgeber mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Gelöst wird dieses technische Problem durch einen eintourigen Positionsgeber (single turn), der Winkel über den vollen Bereich von 360° erfasst und unmittelbar an einer Torwelle oder Abtriebswelle angekoppelt ist und darüber hinaus ein Getriebe für eine Untersetzung der Torwellenbewegung auf maximal 360° aufweist.
Der erfindungsgemäße Positionsgeber hat den Vorteil, dass er keine Erkennung eines Überdrehens über die 360° hinaus benötigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das Getriebe, der Sensor und die Elektronik in einem Gehäuse angeordnet. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind in dem Gehäuse zusätzlich auch noch eine Datenverarbeitungseinheit und eine Datenübermittlungseinheit angeordnet. Das Gehäuse weist darüber hinaus vorteilhaft eine Montagevorrichtung auf.
Die Montagevorrichtung ist vorzugsweise universell ausgestattet, derart, dass eine exakte Zentrierung des Positionsgebers gegenüber der angetriebenen Welle nicht erforderlich ist, so dass auch schlecht gelagerte beziehungsweise unrund laufende Wellen von dem erfindungsgemäßen Positionsgeber toleriert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht eine Kupplung zwischen der Torwelle oder Antriebswelle und dem Getriebe des Positionsgebers vor. Um unrund laufende und schwingende Torwellen durch den Positionsgeber zu tolerieren, ist es vorteilhaft, die Kupplung nicht als starre Kupplung, sondern als eine Kupplung auszubilden, die ein gewisses Spiel aufweist. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Kupplung zumindest teilweise aus einem flexiblen Material, beispielsweise einem Gummischlauchstück besteht. Es ist auch möglich, die Kupplung mittels einer flexiblen Metallfeder oder mittels eines Metallbalges auszubilden.
Der erfindungsgemäße Positionsgeber zeichnet sich dadurch aus, dass die Sensoreinheit zur Erfassung des Drehwinkels zwischen 0° und 360° an der letzten Getriebestufe angeordnet ist. An der ersten Getriebestufe ist die Torwelle oder die Antriebswelle angeordnet. Hierdurch weist die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil auf, dass die erste Getriebestufe Stöße und Schläge abfängt, und dass diese sich nicht auf die Sensoreinheit übertragen.
Gemäß dem Stand der Technik sitzt die Sensoreinheit direkt an der Welle, so dass hier besondere Maßnahmen im Hinblick auf Schläge und Stöße getroffen werden müssen.
Der erfindungsgemäße Positionsgeber zeichnet sich dadurch aus, dass die Lagerung wesentlich einfacher aufgebaut sein kann als bei Industriegebern, die eine sehr hohe Genauigkeit insbesondere hinsichtlich der Linearität erfordern und die für hohe Drehzahlen ausgelegt sind.
Der erfindungsgemäße Positionsgeber muss dagegen lediglich eine hohe Wiederholgenauigkeit aufweisen.
Der erfindungsgemäße Positionsgeber weist vorteilhaft eine Datenverarbeitungs- und Datenübermittlungseinheit auf, über die die Signale der Sensoreinheit zur Ermittlung des Drehwinkels erfasst werden und an eine übergeordnete Einheit drahtgebunden oder drahtlos in Form digitaler Informationen übermittelt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Positionsgebers nur beispielhaft dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt:
1 einen Positionsgeber in perspektivischer Ansicht;
2 einen Positionsgeber im Längsschnitt;
3a, b, c Getriebe mit unterschiedlichen Untersetzungsverhältnissen;
4 ein geändertes Ausführungsbeispiel eines Positionsgebers mit einer Magnetanordnung auf den Zahnrädern des Getriebes;
5 eine Darstellung einer Kupplung zwischen einem Positionssensor und einer Torwelle in perspektivischer Ansicht;
6 ein geändertes Ausführungsbeispiel einer Kupplung in perspektivischer Ansicht;
7 ein geändertes Ausführungsbeispiel einer Kupplung in perspektivischer Ansicht.
1 zeigt einen Positionsgeber (10) mit einem Sensor (1). Der Sensor (1) ist in der Lage, einen Drehwinkel über 360° zu erfassen. Wird der Wertebereich überschritten, so wiederholt sich der Zahlenbereich. Mechanisch ist der Sensor ohne Zerstörung über mehr als 360° überfahrbar, so dass es zu keiner mechanischen Zerstörung des Bauteiles kommt. Für den Anwender hat dies den Vorteil, dass der Sensor in einer beliebigen Lage montiert werden kann. Über einen Sensortaster (7) ist der Sensor (1) mit einem Getriebe (2) gekoppelt. Je nach Anzahl der Umdrehungen einer Torwelle (6) pro Torweg ist das Getriebe (2) so aufgebaut, dass der Sensor (1) pro Torweg stets weniger als 360° detektiert. Das Getriebe (2) ist über eine Kupplung (5) mit der Torwelle (6) beziehungsweise einer Antriebswelle verbunden.
Der Sensor (1) liefert seine Signale an eine nachgeschaltete Elektronik (3), die die Signale elektronisch aufbereitet und für die, Kommunikation mit einer Torsteuerung (8) bereitstellt. Typischerweise erfolgt die Kommunikation auf seriellem Wege (zum Beispiel asynchrone RS485-Schnittstelle) .
Die Besonderheit des Systems liegt darin, dass das Getriebe (2), der Sensor (1) und die Elektronik (3) in einem Gehäuse (4) als Einheit untergebracht sind, so dass sich ein Torbauer nur noch um die Anbrinqung der aus seiner Sicht rein mechanischen Komponente kümmern muss.
Der Positionsgeber (10) vereint also die Komponenten Kupplung (5) zur Torwelle (6), Getriebe (2) zur Untersetzung der Torwellenumdrehungen auf maximal 360°, Sensortaster (7) , den Sensor (1) und Elektronik (3) zur Aufbereitung und Übertragung der Sensorsignale in einem Gehäuse (4), das heißt in einer Einheit.
Als Sensor (1) können veränderbare Widerstände, wie Potentiometer oder sonstige leitfähigkeitsveränderliche Prinzipien, magnetische Schichten oder optische Scheiben zum Einsatz kommen.
2 zeigt einen prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Positionsgebers (10) inklusive der Ankopplung an die Torwelle (6) und einen Montagewinkel (9) zur Wand- oder Deckenmontage des Positionsgebers (10).
2 zeigt die Torwelle (6), die über eine Kupplung (5) kraftschlüssig an einer ersten Zahnradstufe (11) angekoppelt ist. Über eine zweite Zahnradstufe (12) erfolgt eine weitere Untersetzung. Mit der zweiten Zahnradstufe (12) ist der Positionstaster oder Sensortaster (7) gekoppelt. Eine Sensorfolie (1) erfasst die Position des Sensortasters (7). Die Sensorfolie (1) ist auf einer Platine (13) angeordnet. Die Datenübertragung erfolgt über ein Kabel (14), welches über eine Kabeltülle (15) aus dem Gehäuse geführt wird.
Die erste Zahnradstufe (11), die zweite Zahnradstufe (12), der Sensor (1), der Sensortaster (7) sowie die Platine (13) sind in dem Gehäuse (4) angeordnet. Das Gehäuse (4) weist ein zusätzliches Gehäuseteil (16) auf zur Erhöhung der Dichtigkeit. In dem Gehäuse (4) ist eine Metallplatte (17) angeordnet, die Gleitlager (18) für die Zahnräder der Zahnradstufen (11, 12) aufweist. Das Gehäuse (4) weist zusätzlich eine Gehäusedichtung (20) auf. Die Platine (13) ist mittels Abstandsbolzen (21) mit der Metallplatte (17) verbunden.
Die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes (2) sind in den 3a bis 3c schematisch dargestellt.
Zur Anpassung der Umdrehungsanzahl der Torwelle (6) an die maximal eine Umdrehung des Sensortasters (7) (maximal 360°) ist die Integration eines einfachen mechanischen Getriebes (2) vorgesehen. Damit das Getriebe (2) an unterschiedlich große Torwege angepasst werden kann, kann das Getriebe (2) so aufgebaut werden, dass es zum Beispiel die Möglichkeit zur Untersetzung im Verhältnis 1:1, 10.1 oder 20:1 ermöglicht.
4 zeigt eine geänderte Ausführung, wobei der Sensor (1) auf die einzelnen Getriebestufen aufgeteilt wird. Hierdurch wird die Variantenbildung durch unterschiedliche Getriebestufen reduziert. Auf den Zahnrädern der Zahnradstufen (11, 12) sind einzelne Magnete (22 bis 24) angeordnet. Durch die Anbringung der Magnete (22 bis 24) auf den Zahnrädern und durch die Auswertung des Drehwinkels der Magnete (22 bis 24) über entsprechend zugeordnete magnetoresistive Sensoren (nicht dargestellt) wird die Torposition erfasst.
Die den Magneten (22 bis 24) zugeordneten Sensoren erhöhen die Auflösung. Die Daten der einzelnen Zahnradstufen (11, 12) werden zum Beispiel in einem Mikrocontroller so aufbereitet, dass eine eindeutige Position zur übergeordneten Steuerung übertragen werden kann. Durch das Überlappen der den jeweiligen Drehwinkeln zugeordneten Daten kann zusätzlich eine Redundanzprüfung vorgenommen werden, so dass eine erhöhte Sicherheit der Daten entsteht. Zusätzlich wird, wie schon ausgeführt, eine erhöhte Auflösung der Daten erreicht.
Gemäß 5 ist der Positionssensor (10) gezeigt, der mittels des Montagewinkels (9) an einer Wand oder einer Decke befestigbar ist. Über die Kupplung (5) ist die Torwelle (6) kraftschlüssig mit der ersten Getriebestufe (in 5 nicht dargestellt) des Positionssensors (10) verbunden. Die Kupplung erlaubt eine einfache und praktikable Anbindung des Positionsgebers (10) an die Torwelle (6) .
Die Ankopplung des Positionsgebers zur Torwelle (6) wird durch eine Kupplung (5) hergestellt, die den Positionsgeber (10) nicht starr mit der Torwelle (6) verbindet. Die Kupplung (5) erlaubt ein Spiel durch die Ausbildung eines Langloches (25). Hierbei sind beispielsweise 0,2 Millimeter Spiel vorgesehen, welches 0,4° entspricht. Dies entspricht einem Positionsfehler von 0,1 % bei einem Dreh-Richtungswechsel, wobei die für die Anwendung erforderliche Wiederholgenauigkeit davon unberührt bleibt.
Die in 5 dargestellte Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Montage des Positionsgebers (10) sehr einfach bewerkstelligt werden kann und auch die Justierung des Positionsgebers (10) zur Torwelle (6) in relativ weiten Grenzen unpräzise erfolgen kann. Weiterhin toleriert die Art der Kupplung (5) unrundlaufende und schwingende Torwellen (6) in weiten Grenzen.
6 zeigt eine mögliche elastische Ankopplung des Positionsgebers (10) an die Torwelle (6) mittels eines flexiblen Schlauchstückes (26). Bei dem Schlauchstück (26) kann es sich beispielsweise um einen Gummischlauch handeln.
7 zeigt als Kupplung eine flexible Metallfeder (27) beziehungsweise einen Metallbalg.

1: Sensor
2: Getriebe
3: Elektronik
4: Gehäuse
5: Kupplung
6: Torwelle
7: Sensortaster
8: Torsteuerung
9: Montagewinkel
10: Positionsgeber
11: Zahnradstufe
12: Zahnradstufe
13: Platine
14: Kabel
15: Kabeltülle
16: Gehäuseteil
17: Metallplatte
18: Gleitlager
20: Gehäusedichtung
21: Abstandsbolzen
22: Magnet
23: Magnet
24: Magnet
25: Langloch
26: Schlauchstück
27: Metallfeder

Claims

Positionsgeber zur Erfassung eines Drehwinkels einer elektromotorisch angetriebenen Welle eines Tores oder einer Tür oder der Abtriebswelle des entsprechenden Antriebes dazu, dadurch gekennzeichnet , dass der Positionsgeber (10) wenigstens eine Sensoreinheit (1, 7) zur Erfassung eines Drehwinkels zwischen 0° und 360° aufweist, dass der Positionsgeber (10) ein zwischen Sensoreinheit (1, 7) und Welle (6) angeordnetes Getriebe (2) aufweist mit einem Übersetzungsverhältnis, derart, dass der maximale Fahrweg des erfassten Tores oder der erfassten Tür auf der Sensoreinheit (1, 7) einem Drehwinkel von weniger als 360° entspricht, und dass der Positionsgeber (10) unmittelbar an der Welle (6) angekoppelt ist.
Positionsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (1, 7) als eine auf dem Funktionsprinzip einer elektrisch veränderbaren Widerstandsschicht oder einer optischen Codierung oder einer magnetischen Codierung basierende Sensoreinheit (1, 7) ausgebildet ist.
Positionsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung (5) zwischen dem Getriebe (2) und der Welle (6) vorgesehen ist.
Positionsgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (5) als nicht starre Kupplung ausgebildet ist.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem oder mehreren Zahnrädern von Zahnradstufen (11, 12) des Getriebes (2) jeweils ein Magnet (22, 23, 24) von zusätzlichen Sensoreinheiten angeordnet ist.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (2), die Sensoreinheit (1, 7) und die Elektronik (3) in einem Gehäuse (4) angeordnet sind.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenverarbeitungs- und Datenübermittlungseinheit vorgesehen ist, die als eine Signale der Sensoreinheit (1, 7) zur Ermittlung des Drehwinkels erfassende und an eine übergeordnete Einheit in Form digitaler Informationen übermittelnde Einheit ausgebildet ist.
Positionsgeber nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit und die Datenübermittlungseinheit in dem Gehäuse (4) angeordnet sind.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsgeber (10) mit dem Gehäuse (4) wenigstens eine Montagevorrichtung (9) aufweist.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) als ein ohne mechanische Begrenzung beliebig viele volle Umdrehungen ausführender Sensor (1) ausgebildet ist.