DE10351612A1 - Schattierungs- und/oder Lüftungsantrieb sowie Schattierungs- und/oder Lüftungsanlage - Google Patents

Abstract

Es wird ein Schattierungs- und/oder Lüftungsantrieb (1) mit einem Elektromotor (2), der eine Drehwelle aufweist, einem Getriebe (3) mit Antriebswelle (5, 6), das dem Elektromotor nachgeordnet ist, und einer Elektronikeinheit (4) zur Ansteuerung des Elektromotors (2) vorgeschlagen, bei welchem erfindungsgemäß ein Drehgeber zur Bestimmung der Winkelstellung der Drehwelle des Elektromotors und/oder der Antriebswelle (5, 6) des Getriebes (3) vorgesehen ist, der mit der Elektronikeinheit (4) in Verbindung steht.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Schattierungs- und/oder Lüftungsantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Schattierungs- und/oder Lüftungsanlage.
• Schattierungs- und/oder Lüftungsantriebe sind bereits in vielfältigen Ausführungsformen bekannt geworden. Ein Lüftungsantrieb dient regelmäßig dazu, ausklappbare Elemente einer Fassade oder eines Dachs z.B. Fensterelemente zur Klimaregulierung innerhalb eines Gebäudes verstellen zu können.
• Von besonderem Interesse ist eine derartige verstellmöglichkeit von Dach- und Wandelementen bei Gewächshäusern, bei welchen durch das verstellen entsprechender Elemente eine Klimastabilisierung innerhalb des Gewächshauses erreicht werden soll.
• Ein Schattierungsantrieb wird normalerweise eingesetzt, um Schattierungselemente an transparenten Fassaden zur Regulierung der Sonneneinstrahlung bewegen zu können.
• Sowohl bei Lüftungs- als auch Schattierungsantrieben ist es für eine gezielte Bewegung des Schattierungselements bzw. eines z.B. klappbaren Lüftungsabschnitts insbesondere wichtig, die Geschlossen- und Offen-Position, aber auch Zwischenpositionen zu kennen.
• Die jeweiligen Endpositionen (Schattierungs- oder Lüftungselement vollständig geschlossen bzw. geöffnet) werden bei bekannten Ausführungsformen normalerweise über Endschalter erkannt. Zwischenpositionen lassen sich über verschiedene Anschaltdauern des Motors realisieren, wenn bekannt ist, wie groß die Anschaltdauer für das Bewegen z.B. eines Lüftungselements aus der maximal Offen-Position in die Geschlossen-Position ist.
• Darüber hinaus sind Ausführungsformen bekannt, bei denen am Getriebe ein Potentiometer mitbewegt wird, um Zwischenpositionen aufzunehmen.
• Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Systeme sind zwar robust und daher kostengünstig, jedoch in ihrer Einsatzmöglichkeit beschränkt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebsmöglichkeiten von Schattierungs- und/oder Lüftungsanlagen zu erweitern.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1, 3, 4, 10 bzw. 12 gelöst.
• In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
• Die Erfindung geht zunächst von einem Schattierungs- und/oder Lüftungsantrieb aus, der einen Elektromotor mit einer Drehwelle, ein Getriebe mit einer Antriebswelle, das dem Elektromotor nachgeordnet ist und eine Elektronikeinheit zur Ansteuerung des Elektromotors umfasst. Der wesentliche Aspekt der Erfindung liegt nun darin, dass ein Drehgeber zur Bestimmung der Winkelstellung der Drehwelle des Elektromotors und/oder der Antriebswelle des Getriebes vorgesehen ist, der mit der Elektronikeinheit in Verbindung steht. Ein Drehgeber ist eine Messvorrichtung, mit welcher Drehbewegungen in elektrische Signale umgewandelt werden, die insbesondere zur Steuerung genutzt werden können. Mit Hilfe eines Drehgebers ist es möglich, die Position des Motors und/oder des Getriebes genau und absolut zu erfassen. Damit lassen sich eine Vielzahl von Ansteuervarianten für ein Schattierungsund/oder Lüftungselement verwirklichen.
• Bei einem einfachen und kompakten Aufbau ist es bevorzugt, wenn der Drehgeber unmittelbar am Elektromotor angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Drehgeber an der Drehwelle des Elektromotors z.B. in einer in einem Wellenlager integrierten Form realisiert. Die Anbringung des Drehgebers an einer Stelle des Elektromotors, an welcher die Drehzahl des Elektromotors erfasst wird, hat den Vorteil, dass eine sehr genaue Positionierung einer vom Getriebe betätigten Mechanik möglich ist, da das Getriebe normalerweise eine starke Untersetzung der Motordrehzahl vornimmt und damit die. Auflösung eines Drehgebers im umgekehrten Verhältnis vergrößert wird. Erzeugt der Drehgeber bei einer vollen Umdrehung beispielsweise 32 Impulse und beträgt die Untersetzung 1:300 an der abgehenden Getriebewelle, beträgt die Auflösung an der abgehenden Getriebewelle 360°:32:300, also 0,0375°. Es ist leicht einsehbar, dass sich hierdurch eine sehr präzise Positionierung einer dem Getriebe nachgeordneten Mechanik realisieren lässt.
• In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Elektronikeinheit dazu ausgelegt, eine Bewegung des Motors bzw. des Getriebes zwischen zwei Begrenzungssignalen, z.B. von Endschaltern an einer vom Getriebe betätigten Verstellmechanik, die einen Verstellbereich der Mechanik definieren, in Bezug auf beispielsweise einen vorgegebenen Bereich vorzugsweise automatisch zu skalieren. Durch diese Maßnahme kann ein Programmbereich der Elektronikeinheit zur Ansteuerung des Motors, unabhängig davon, wie groß der Verstellbereich einer Mechanik tatsächlich ist, ohne diesen verändern zu müssen, immer passend für jeden Verstellbereich eingesetzt werden. Bei der Verwendung eines Drehgebers kann z.B. die Anzahl der Signale des Drehgebers zur Skalierung auf diesen vorgegebenen Bereich bezogen werden. vorzugsweise wird unabhängig von der Anzahl der Signale des Drehgebers diese Anzahl einem immer gleichen virtuellen Bereich zugeordnet, z.B. 0 bis 100 %. Bei einer Lüftung liegt der Verstellbereich vorzugsweise zwischen ganz auf und ganz zu, was dann 0 bis 100 % entspricht. Ist einmal dieser Bereich skaliert, sind Begrenzungssignale, z.B. von Endschaltern für die Bewegung einer dem Getriebe nachgeordneten Mechanik nicht mehr erforderlich, da die Elektronikeinheit die exakte Positionierung zwischen ganz auf und ganz zu kennt. Daher müssen die End- bzw. Begrenzungsschalter im normalen Betriebsablauf nicht mehr zwingend eingesetzt werden. Vielmehr kann eine nachgeordnete Mechanik so bewegt werden, dass sie kurz vor Erreichen des jeweiligen Endschalters durch die Elektronikeinheit stillgesetzt wird. Mechanische Endschalter haben in einem solchen Fall nur noch eine Sicherheitsfunktion bzw. sind zum Kalibrieren der Anlage notwendig.
• Für eine automatische Skalierung ist nicht notwendigerweise ein Drehgeber erforderlich. Eine solche kann auch mit anderen Mitteln zur Messung eines Verstellbereichs realisiert werden, beispielsweise mit einem Potentiometer, dessen Widerstand sich abhängig von der Position einer Mechanik verändert.
• Ein weiterer wesentlicher Bestandteil der Erfindung bezieht sich darauf, dass die Elektronikeinheit zu einem langsamen Anhalten und/oder Anfahren des Elektromotors ausgelegt ist. Das heißt, der Elektromotor soll, insbesondere dann, wenn eine nachgeordnete Mechanik einen Endpunkt (ganz zu oder ganz auf) erreicht, nicht abrupt stoppen, sondern kurz vor Erreichen des Endpunkts seine Drehzahl durch eine Rampenfunktion verlangsamen. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit einer automatischen Skalierung von Vorteil, da in einem solchen Fall die Elektronikeinheit Endlagen einer nachgeordneten Mechanik kennt. Diese Art des Anhaltens in Form eines "Soft-Stopps "muss jedoch nicht auf Endlagen einer Mechanik begrenzt werden. Vielmehr lässt sich ein "Soft-Stopp" auch bei jeder Zwischenposition durchführen. Dies schont alle Bauteile einer Schattierungs- und/oder Lüftungsanlage. Das gleiche gilt für das Anfahren des Elektromotors.
• Im Weiteren ist es bevorzugt, dass die Elektronik einen Frequenzumrichter umfasst, mit welchem der Elektromotor ansteuerbar ist. Ein Frequenzumrichter hat den Vorteil, dass die Energiezufuhr zum Motor und damit seine Leistung bzw. Geschwindigkeit frei eingestellt werden kann. Somit lässt sich hierdurch in besonders einfacher Weise z.B. ein langsames Anfahren und/oder Anhalten des Motors realisieren.
• Für den Aufbau einer kompakten Anlage ist es im Weiteren besonders bevorzugt, wenn die Elektronikeinheit unmittelbar am Motor angeordnet ist. Vorteilhafterweise bilden der Motor, das Getriebe und die Elektronikeinheit eine Baueinheit. Damit werden externe Verbindungsleitungen zwischen Motor und Steuereinheit eingespart.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Elektronikeinheit einen Manuell- und einen Automatik-Mode. In einem Automatik-Mode wird der Motor und damit eine nachgeordnete Mechanik abhängig von z.B. den Signalen eines Klimareglers in Bezug auf Wind, Regen und Temperatur sowie eines Rauchmelders angesteuert. In der "Hand-Stellung" kann eine dem Getriebe nachgeordnete Mechanik unabhängig davon positioniert werden. Die Elektronikeinheit sollte jedoch so ausgestaltet sein, dass auch im Handbetrieb "Klimasignale" z.B. Wind und Regen sowie das Signal eines Rauchmelders eine manuell vorgenommene Positionierung "überschreiben" können. Hierdurch wird eine besonders hohe Sicherheit einer Anlage erreicht. Vorzugsweise verändert lediglich das Signal eines Klimareglers aufgrund einer Temperaturänderung die manuelle Positionierung nicht. In einer überdies bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Elektronikeinheit dazu ausgelegt, bei Auftreten eines Notsignals, z.B. eines Signals vom Rauchmelder im Brandfall, die weiteren Signale zu ignorieren und den Motor bzw. das Getriebe mit nachgeordneter Mechanik in eine vorgegebene Position zu bringen, z.B. Lüftungselemente ganz auf. Das heißt, der Motor fährt in diesem Fall auch in diese Lage, selbst wenn ein Thermoschalter Überhitzung detektiert, was im normalen Fall sofort zum Anhalten der Anlage führen würde.
• Im Weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn die Elektronikeinheit bei Auftreten eines Signals, das das Verlassen eines Verstellbereichs einer vom Getriebe betätigten Mechanik anzeigt, eine Ansteuerung des Motors derart vornimmt, dass die Mechanik in vergleichsweise langsamer Fahrt in den vorgegebenen Verstellbereich zurückgebracht wird. Hierzu werden günstigerweise an der dem Getriebe nachgeordneten Mechanik Endschalter eingesetzt, die erkennen, wenn sie "überfahren" werden, um dann in "Schleichfahrt" die Mechanik in den zugelassenen Bereich zurückzubringen.
• Um auch nach einem Stromausfall den erfindungsgemäßen Antrieb sicher weiter benutzen zu können, aber dabei den Aufwand für eine erneute Kalibrierung möglichst klein zu halten, wird im weiteren vorgeschlagen, dass die Elektronikeinheit nach einem Stromausfall dazu ausgelegt ist, mit einer vom Getriebe betätigten Mechanik einen Endschalter anzufahren, vorzugsweise bei einer Lüftungsanlage den Geschlossen-Zustand, um die Position wieder sicher aufnehmen zu können. Eine erneute Skalierung eines Verstellbereichs ist in einem solchen Fall regelmäßig nicht erforderlich, da die Skalierung auch nach einem Stromausfall durch entsprechende Speichermedien der Elektronikeinheit zur Verfügung steht und am tatsächlichen Verstellbereich sich nichts geändert hat.
• Ein Ausführungsbeispiel ist anhand der nachstehenden Zeichnung unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert.
• Die Figur zeigt einen Schattierungs- und/oder Lüftungsantrieb 1 in einer perspektivischen Darstellung. Der Antrieb 1 umfasst im wesentlichen die folgenden Baueinheiten:
  Ein Elektromotor 2 dem ein Untersetzungsgetriebe 3 nachgeordnet ist sowie eine unmittelbar am Elektromotor 2 angeordnete Elektronikeinheit 4 mit Frequenzumrichter zur Ansteuerung des Elektromotors.
• Die Baueinheiten Elektromotor 2, Getriebe 3 und Elektronikeinheit 4 sind als kompakte Baueinheiten, d.h. räumlich unmittelbar aneinander angeordnet ausgeführt. Hierdurch lässt sich ein platzsparender und sehr zuverlässiger Schattierungs- und/oder Lüftungsantrieb realisieren.
• Die Vorteile ergeben sich jedoch auch daraus, dass die Elektronikeinheit 4 neben dem Frequenzumrichter, der der Ansteuerung des Elektromotors 2 dient, eine Rechnereinheit (nicht dargestellt) umfasst, mit welcher eine Vielzahl von Ansteueroptionen für den Elektromotor und damit für die Bewegung des Getriebes möglich sind. Durch die Unterbringung von "Intelligenz" in der Elektronikeinheit können zusätzlich unmittelbar an die Elektronikeinheit ohne Zwischenschaltung weiterer Einheiten, z.B. ein "Klimarechner" aber auch andere Sensoren wie z.B. ein Rauchmelder angeschlossen werden. Damit wird die Verkabelung zwischen der Gesamteinheit Schattierungs- und/oder Lüftungsantrieb 1 und einen Klimaregler minimiert, wodurch die Störanfälligkeit des Antriebs herabgesetzt werden kann. Insbesondere sind Verbindungen zwischen Elektromotor 2 und Elektronikeinheit 4 im Vergleich zu einer sonst notwendigen externen Elektronikeinheit für die Ansteuerung des Motors nicht vorhanden, die gegen Störsignale anfällig sind. Denn die Elektronikeinheit mit Frequenzumrichter und Rechnereinheit bildet mit dem Elektromotor sozusagen ein Gehäuse, das bestens nach außen abgeschirmt ist.
• Der Einsatz eines Frequenzumrichters hat mehrere Vorteile: Beispielsweise sind bei vollem Drehmoment verschiedene variabel einstellbare Geschwindigkeiten realisierbar, z.B. 0,1 bis 9 Umdrehungen pro Minute. Damit lässt sich z.B. ein Schnelllauf bei Auftreten eines Alarmsignals (z.B. Sturm oder Regen) verwirklichen.
• Für den eingesetzten Frequenzumrichter ist eine einphasige Einspeisung ohne Wendeschützsteuerung ausreichend. Hierdurch ergeben sich Kostenvorteile und zudem wird die Montage vereinfacht.
• Ein wichtiger Aspekt der Erfindung liegt im weiteren darin, dass die Bewegung der Antriebswellen 5, 6 des Schattierungsund/oder Lüftungsantriebs 1 über einen Drehgeber (nicht dargestellt) erfasst wird.
• Beispielhaft ist der Drehgeber unmittelbar in einer Lagerstelle des Läufers (nicht dargestellt) des Elektromotors 2 hier beispielhaft als "Sensorlager" verwirklicht.
• Beispielsweise liefert dieses Sensorlager bei einer Umdrehung des Elektromotors 32 Impulse. Mit einer Untersetzung des Getriebes 3 von 1:300 ergibt sich an den Antriebswellen 5, 6 eine Auflösung der Drehbewegung von 0,0375°.
• Auf der Grundlage der Drehgebersignale ist die Elektronikeinheit vorzugsweise dazu ausgelegt, einen verstellbereich der Antriebswellen 5,6, der beispielsweise über Endschalter festgelegt ist, auf einen virtuellen verstellbereich von beispielsweise 0-100 % abzubilden.
• Für diesen Vorgang fährt der Schattierungs- und/oder Lüftungsantrieb von einem Endschalter bis zum anderen und nimmt daher die Anzahl der Pulse des Sensorlagers auf. Unabhängig von der Anzahl der Pulse des Sensorlagers wird diese Pulszahl auf den Bereich von 0-100 % übertragen. Damit kann eine verwendete Software unabhängig von der tatsächlichen Größe des Verstellbereichs ohne weitere Anpassung eingesetzt werden. Hat dieser Kalibriervorgang einmal stattgefunden kann der Mikrorechner in der Elektronikeinheit weiterhin dazu in der Lage sein, sogenannte "Software-Endschalter" zu setzten. Das heißt, die eigentlichen mechanischen Endschalter werden nicht angefahren, sondern der Antrieb hält die Bewegung aus der Information der genauen Positionierung über den Drehgeber kurz vor dem mechanischen Endschalter an, d.h. es wird lediglich mit den "Software-Endschaltern" gearbeitet. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte Sicherheit, da die Endschalter lediglich die Funktion eines Sicherheits-Endschalters erfüllen müssen.
• Im weiteren kann durch die genaue Erfassung der Position einer zu verstellenden Mechanik über die Antriebswellen 5,6 ein langsamer Anlauf des Getriebes als auch ein langsames Anhalten des Getriebes "Soft-Stopp" verwirklicht werden. Hierdurch wird die Anlage geschont und damit deren Lebensdauer, insbesondere ohne Wartung, erhöht.
• Der kompakte Aufbau der Schattierungs- und Lüftungsanlage ist nicht nur im Hinblick auf die Störsicherheit und die Platzerfordernisse vorteilhaft. Auch die Montage ist erleichtert. Der gesamte Antrieb lässt sich hier beispielhaft lediglich über 4 Flansche, 7a bis 7d stabil montieren, d.h. es ist nicht notwendig z.B. eine weitere Rechnereinheit in einer Montageanordnung irgendwo unterzubringen und dann noch die Verkabelung zurück zum Schattierungsantrieb vornehmen zu müssen.

1

Schattierungs- und/oder Lüftungsantrieb

2

Elektromotor

3

Getriebe

4

Elektronikeinheit mit Frequenzumrichter

5

Antriebswelle

6

Antriebswelle

7a-7d

Flansch

Claims (12)

1. Schattierungs- und/oder Lüftungsantrieb (1) mit einem Elektromotor (2), der eine Drehwelle aufweist, einem Getriebe (3) mit Antriebswelle (5, 6), das dem Elektromotor nachgeordnet ist und einer Elektronikeinheit (4) zur Ansteuerung des Elektromotors (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehgeber zur Bestimmung der Winkelstellung der Drehwelle des Elektromotors und/oder der Antriebswelle (5, 6) des Getriebes (3) vorgesehen ist, der mit der Elektronikeinheit (4) in Verbindung steht.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehgeber unmittelbar am Elektromotor (2) angeordnet ist.
3. Antrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (4) dazu ausgelegt ist, eine Bewegung des Motors (2) bzw. des Getriebes (3) zwischen zwei Begrenzungssignalen zu skalieren.
4. Antrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (4) zu einem langsamen Anhalten und/oder Anfahren des Elektromotors (2) ausgelegt ist.
5. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (4) einen Frequenzumrichter umfasst.
6. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (4) einen Manuell- und Automatik-Mode umfasst.
7. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (4) unmittelbar am Motor (2) angeordnet ist.
8. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Motor (2), Getriebe (3) und Elektronikeinheit (4) eine Baueinheit bilden.
9. Antrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (4) dazu ausgelegt ist, bei Auftreten eines Notsignals alle weiteren Steuersignale zu ignorieren und den Motor (2) bzw. das Getriebe (3) in eine vorgegebene Position zu bringen.
10. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (4) bei Auftreten eines Signals, das das Verlassen eines Verstellbereichs einer vom Getriebe (3) betätigten Mechanik anzeigt, eine Ansteuerung des Motors (2) derart vornimmt, dass die Mechanik in vergleichsweise langsamer Fahrt in den vorgegebenen verstellbereich zurückgebracht wird.
11. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (4) nach einem Stromausfall dazu ausgelegt ist, mit einer vom Getriebe (3) betätigten Mechanik zur Bestimmung der tatsächlichen Position einen Begrenzungsschalter anzufahren.
12. Schattierungs- und/oder Lüftungsanlage mit einem Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche.