DE19523241A1

DE19523241A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen, Steuern oder Regeln eines elektrischen Stellantriebs

Info

Publication number: DE19523241A1
Application number: DE1995123241
Authority: DE
Inventors: Reiner Dipl Ing Aumueller; Jan Dipl Ing Jakobsen
Original assignee: Aumueller Aumatic GmbH
Current assignee: Aumueller Aumatic GmbH
Priority date: 1995-06-27
Filing date: 1995-06-27
Publication date: 1997-01-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen, Steuern oder Regeln eines elektrischen Stellantrieb für bewegliche Bauwerksteile mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Ein solcher Stellantrieb ist aus der DE-A 39 32 086 bekannt. Er dient zur Betätigung von Lichtkuppeln, Fenstern oder dergleichen und besitzt mehrere Elektromotoren, die mittels Stellelementen, wie Ketten, Spindeln etc. das Fenster bewegen. Die Elektromotoren sind mit einer Steuereinrichtung verbunden, die für eine gleichförmige Öffnungs- und Schließbewegung des Fensters sorgen soll. Dazu wird die Position der Stellantriebe mittels eines als Drehgeber oder in anderer geeigneter Weise ausgebildeten Positionsdetektors überwacht und zur Antriebssteuerung herangezogen. Der Positionsdetektor stellt ein zusätzliches Bauteil dar, das an jedem Motor bzw. Stellelement angebracht und angepaßt werden muß. Für unterschiedliche Einsatzzwecke sind variierende Elektromotoren nebst Stellelementen und entsprechend unterschiedliche Positionsdetektoren erforderlich. Die Detektoren erhöhen den Bau- und Lageraufwand und verteuern den Stellantrieb.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen besseren und wirtschaftlicheren Stellantrieb nebst Verfahren zum Überwachen, Steuern oder Regeln dieses Antriebs aufzuzeigen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruch. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung kann auf separate Drehgeber oder andere Detektoren für Position und/oder Geschwindigkeit der Stellantriebe verzichtet werden. Die erforderlichen Positions- und/oder Bewegungssignale werden bei der Erfindung direkt am Motor abgegriffen. Dies kann auf unterschiedliche Weise geschehen, wobei vorzugsweise die beim Kollektorübergang an den Bürsten entstehenden Spannungs- oder Stromspitzen abgegriffen und als Drehimpulse ausgewertet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung haben nicht nur den Vorteil eines geringen Bau- und Lageraufwands. Sie erlauben auch eine sichere Kontrolle der Motorfunktion, was bei separaten Drehgebern nicht unbedingt gewährleistet ist. Außerdem kann für alle Motortypen eine einheitliche Steuereinrichtung verwendet werden, wobei allenfalls softwaremäßige Anpassungen erforderlich sind. Insgesamt hat der erfindungsgemäße Stellantrieb wesentlich weniger und vor allem weniger unterschiedliche Teile als bisher. Lediglich die Motortypen und die Stellelemente variieren mit dem Einsatzzweck. Die Wirtschaftlichkeit wird dadurch erheblich gesteigert.

Der erfindungsgemäße Stellantrieb kann über die Drehimpuls-Auswertung auf konstante Geschwindigkeit des oder der Motoren und/oder auf Gleichlauf der Motoren untereinander überwacht, gesteuert und geregelt werden. Eine Gleichlaufregelung erfolgt vorteilhafterweise über eine Spannungsregelung, wobei vorzugsweise die schnelleren Motoren auf die Geschwindigkeit des langsamsten Motors gebremst werden. Die Drehimpuls-Auswertung kann auch zur Positionssteuerung des Stellantriebs und die Endabschaltung oder Notabschaltung der Motoren herangezogen werden.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Stellantriebs mit zwei Motoren und einer Steuereinrichtung und

Fig. 2 eine Schemadarstellung des Kollektor-Abgriffs in zwei Betriebsstellungen A und B.

In Fig. 1 ist in vereinfachter Form ein Stellantrieb (1) dargestellt, der hier beispielsweise aus zwei Elektromotoren (2, 3) mit Stellelementen (4) und einer gemeinsamen Steuereinrichtung (5) besteht. Alternativ kann der Stellantrieb (1) auch nur einen Motor oder drei und mehr Motoren aufweisen.

Die Stellelemente (4) sind beliebig geeigneter Weise als Vorschaltgetriebe mit Spindeln, Zahnstangen oder dergleichen ausgebildet. Es kann sich auch um Kettenantriebe oder sonstige beliebige Stellorgane handeln. Mit dem Stellantrieb (1) werden über die Stellelemente (4) bewegliche Bauwerksteile angetrieben. Hierbei kann es sich beispielsweise um Türen, Tore, Fenster, Klappen, Lichtkuppeln, Schranken oder dergleichen handeln.

Die Elektromotoren (2, 3) sind vorzugsweise als Gleichstrommotoren ausgebildet, insbesondere als permanent erregte Motoren. Sie besitzen vorzugsweise einen Kollektor (6) mit Bürsten (7), über die der Motorstrom I_M zugeführt wird.

Die Position oder Drehung bzw. Geschwindigkeit des Stellantriebs (1) wird an den Motoren (2, 3) direkt über die bei der Motordrehung entstehenden drehwinkel- oder drehzahlabhängigen periodischen Spannungs- oder Stromschwankungen abgegriffen. Diese Spannungs- oder Stromschwankungen werden in der Steuereinrichtung (5) als Drehimpulse für die Motordrehung ausgewertet und zum Überwachen, Steuern oder Regeln der Motoren (2, 3) herangezogen.

Auf diese Weise läßt sich zum einen die Motorfunktion bzw. der Motorbetrieb überwachen und ein eventueller Motorausfall feststellen. Zum anderen kann über eine Zählung der ermittelten Drehimpulse der vom Motor (2, 3) zurückgelegte Weg gemessen und überwacht werden. Über die Wegmessung können bestimmte Positionen des Antriebs (1) angefahren werden. Außerdem läßt sich hierüber eine Endabschaltung oder bei Motorausfall eine Notabschaltung realisieren.

Erfolgt die Impulszählung in Abhängigkeit von der Zeit, kann die Drehgeschwindigkeit der Motoren (2, 3) festgestellt werden. Mittels der Steuereinrichtung (5) können die Motoren (2, 3) auf eine bestimmte Drehgeschwindigkeit gesteuert und auf Gleichlauf geregelt werden. Dieser Gleichlauf kann für die Motoren auch untereinander gesteuert und geregelt werden. Hierbei ist es z. B. sinnvoll, für eine gleichmäßige Antriebsfunktion des Stellantriebs (1) alle Motoren (2, 3) gleich schnell laufen zu lassen und dabei vorzugsweise die Motorgeschwindigkeiten untereinander auf den langsamsten Motor in der Reihe zu regeln. Die schnelleren Motoren (2, 3) werden dabei auf die Geschwindigkeit des langsamsten Motors heruntergebremst, ohne die Motoren auszuschalten oder zu stoppen. Alternativ können bei der Gleichlaufsteuerung- und -regelung auch die langsameren Motoren auf die Geschwindigkeit der schnelleren beschleunigt werden.

Die am Motor entstehenden Spannungs- oder Stromschwankungen können auf unterschiedliche Weise abgegriffen werden. Hierfür ist eine Abgriffseinrichtung (11) vorgesehen.

In der bevorzugten Ausführungsform der permantenerregten Gleichstrommotoren mit Kollektor geschieht der Abgriff über den Kollektorübergang an den Bürsten (7). Wie Fig. 2 verdeutlicht, sind in der Betriebsstellung A die beiden Bürsten (7) jeweils nur mit einer Motorwicklung am Anker bzw. einem Kontaktfeld am Kollektor (6) in Kontakt. Bei einer Weiterdrehung des Motors (2, 3) in die Betriebsstellung B erfolgt ein Kollektorübergang, wobei nun zwei Motorwicklungen bzw. zwei Kontaktelemente mit den Bürsten (7) in Verbindung und unter Strom stehen. Die höhere Stromaufnahme während der Übergangsphase führt zu Stromschwankungen bzw. einer Stromwelligkeit im Motorstrom I_M.

Die Stromwelligkeit kann über einen Meßwiderstand (14) bzw. einen Shunt als veränderliche Spannung abgegriffen und in der Steuereinrichtung (5) als Drehimpuls ausgewertet werden. Während einer Motorumdrehung wird eine Zahl von Drehimpulsen abgegeben, die der Zahl der Kontaktelemente am Kollektor (6) entspricht.

Die Steuereinrichtung (5) besitzt eine Steuer- und Regelschaltung (8), die mit den einzelnen Motoren (2, 3) über jeweils einen eigenen Steuerkreis (9) verbunden ist. In den Steuerkreis (9) ist die Abgriffseinrichtung (11) zur Ermittlung der Spannungs- oder Stromschwankungen bzw. der Drehimpulse integriert. Letztere besteht aus dem vorerwähnten Meßwiderstand (14) und einem nachgeschalteten Bandpaßfilter (15) und einem Impulsformer (16).

Der Bandpaßfilter (15) läßt die im üblichen Motordrehbereich auftretenden Frequenzen der am Meßwiderstand (14) abgegriffenen Spannung durch. Die anderen Frequenzbereiche werden gesperrt, wobei insbesondere Netzschwankungen im Bereich der üblichen 50 Hz gefiltert werden. Der Signalbereich kann in weiten Grenzen variieren und liegt z. B. bei ca. 1 kHz. Der Impulsformer (16) wandelt das analoge Signal in digitale Impulse um.

Die vorzugsweise computerisierte Steuer- und Regelschaltung (8) beinhaltet ein oder mehrere Mikroprozessoren mit ein oder mehreren Daten- und Programmspeichern sowie geeigneten Eingabe-Ausgabe-Einheiten. In die Steuer- und Regelschaltung (8) ist vorzugsweise softwaremäßig ein Zähler implementiert, der die von der Abgriffseinrichtung (11) eingehenden Drehimpulse zählt und auswertet. Hierbei kann eine Zählung über der Zeit erfolgen. Außerdem werden die zur Weg-, Positions- und Geschwindigkeitsermittlung erforderlichen Berechnungen angestellt, z. B. Teilung der Impulse durch die Zahl der Kontaktelemente am Kollektor (6), Addition der Impulse, Multiplikation mit Übersetzungsfaktoren zur Ermittlung des Weges etc.

Die Steuer- und Regelschaltung (8) führt auch die für eine Gleichlaufüberwachung und Gleichlaufregelung der Motoren (2, 3) erforderlichen Berechnungen und Vergleiche durch. Zur Steuerung und Regelung der Motoren (2, 3) gibt die Steuer- und Regelschaltung dann über einen Wandler (12) eine Steuerspannung auf einen Spannungssteller (13) aus. Die Motoren (2, 3) sind an eine Spannungsversorgung (10), vorzugsweise 12 V oder 24 V Gleichstrom, angeschlossen. Der Spannungssteller (13) steuert die an die Motoren (2, 3) angelegte Versorgungsspannung V_B, was vorzugsweise durch Pulsweitenmodulation bei einer Frequenz von z. B. 25 kHz und in Verbindung mit einer geeigneten Drossel zur Spannungsglättung geschieht.

In Abwandlung des gezeigten Ausführungsbeispieles können die Elemente der Abgriffseinrichtung (11) sowie der Wandler (12) und der Spannungssteller (13) in die Steuer- und Regelschaltung integriert sein. Zum Abgriff und zur Auswertung der am Motor (2, 3) entstehenden Spannungs- oder Stromschwankungen kann auch eine andere Art Abgriffseinrichtung (11) eingesetzt werden. Dementsprechend können anstelle oder in Ergänzung in Ergänzung der gezeigten Bandpaßfilter (15) und Impulsformer (16) auch andere geeignete elektronische Bauelemente oder Komponenten zum Einsatz kommen.

Bezugszeichenliste

1 Stellantrieb
2 Motor
3 Motor
4 Stellelement
5 Steuereinrichtung
6 Kollektor
7 Bürste
8 Steuer- und Regelschaltung
9 Steuerkreis
10 Spannungsversorgung
11 Abgriffseinrichtung
12 Wandler
13 Spannungssteller
14 Meßwiderstand
15 Bandpaßfilter
16 Impulsformer

Claims

1. Verfahren zum Überwachen, Steuern oder Regeln eines elektrischen Stellantriebs für bewegliche Bauwerksteile, wie Türen, Tore, Fenster, Klappen, Lichtkuppeln, Schranken oder dgl., welcher mindestens einen Elektromotor mit Stellelementen und eine Steuereinrichtung aufweist, wobei am Stellantrieb Drehimpulse aufgenommen und zur Überwachung, Steuerung oder Regelung des Motors herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß am Motor (2, 3) entstehende drehwinkel- oder drehzahlabhängige periodische Spannungs- oder Stromschwankungen abgegriffen und als Drehimpulse ausgewertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Kollektorübergang an den Bürsten (7) entstehenden Spannungs- oder Stromspitzen abgegriffen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen im Motorstrom I_M über einen Meßwiderstand (14) als Spannungsspitzen abgegriffen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß über die Drehimpulse der Betrieb, der Weg, die Drehzahl und/oder der Gleichlauf des Motors (2, 3) überwacht und gesteuert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Motoren (2, 3) untereinander auf Gleichlauf überwacht und geregelt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren (2, 3) untereinander auf Gleichlauf mit dem langsamsten Motor geregelt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung V_B der Motoren (2, 3) gesteuert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung V_B der Motoren (2, 3) durch Pulsweitenmodulation gesteuert wird.

9. Vorrichtung zum Überwachen, Steuern oder Regeln eines elektrischen Stellantriebs für bewegliche Bauwerksteile, wie Türen, Tore, Fenster, Klappen, Lichtkuppeln, Schranken oder dgl., welcher mindestens einen Elektromotor mit Stellelementen und eine Steuereinrichtung aufweist, wobei am Stellantrieb Drehimpulse aufgenommen und zur Überwachung, Steuerung oder Regelung des Motors herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (5) eine Einrichtung (11) zum Abgriff der am Motor (2, 3) entstehenden drehwinkel- oder drehzahlabhängigen periodischen Spannungs- oder Stromschwankungen aufweist, die mit einer Steuer- und Regelschaltung (8) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgriffseinrichtung (11) mit den Bürsten (7) des Motors (2,3) verbunden ist und den Motorstrom I_M abgreift.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgriffseinrichtung (11) einen Meßwiderstand (14) für den Motorstrom I_M, einen Bandpaßfilter (15) und einen Impulsformer (16) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgriffseinrichtung (11) in einen Steuerkreis (9) des Motors (2, 3) integriert ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (9) die Steuer- und Regelschaltung (8) mit dem Motor (2, 3) verbindet und einen Wandler (12) sowie einen Spannungssteller (13) für die Versorgungsspannung V_B der Motoren (2, 3) aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regelschaltung (8) mindestens einen Mikroprozessor mit Daten- und Programmspeichern sowie Eingabe/Ausgabeeinheiten aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (1) mehrere Motoren (2, 3) aufweist, die über jeweils einen eigenen Steuerkreis (9) mit einer gemeinsamen Steuer- und Regelschaltung (8) verbunden sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren (2, 3) untereinander gleich ausgebildet sind oder zumindest die gleiche Ankerwicklungszahl aufweisen.