用于升降门的驱动和控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于升降门的驱动和控制系统，更具体地涉及用于高速工业升降门的驱动和控制系统以及具有这样的驱动和控制系统的升降门。
【背景技术】
[0002]在现有技术中升降门是公知的，例如在DE4015214A1中公开了具有板条防具和电气驱动马达的升降门。这个升降门包括:布置在门开口的两个相对侧的两个导轨；以及具有板条的板条防具，该板条以铰链销啮合在毗邻的板条之间的空间内的方式安装在互相分开的铰链带上。进一步公开了升降门形成为在高速门意义内的工业升降门。这样的升降门被设计为封闭或开启步入式或驶入式的门开口的卷闸门或螺旋门。
[0003]对于需要使门叶垂直移动以用于开启驶入或步入通道的门，在伺服或启动组件故障的情况下，存在以下不能被排除的危险:由于门叶上的重力负载导致门叶以不受控的和危险的方式坠毁。在常规操作中门叶移动得越快，这些危险越大。在所谓的高速门中，门叶的速度能够到达4m/s，但是通常的工业升降门的门叶以典型的0.2-0.3m/s的速度移动。
[0004]采取复杂的措施以最小化由这些门引起的危害。
[0005]通常的措施是通过平衡物或重量平衡弹簧来平衡门叶的重量，以产生平衡系统，该平衡系统被理想地配置以使得通过平衡系统在门叶的每个位置处平衡门叶，从而避免危险的滞后。
[0006]实践表明这无法以这样一种方式实现，在所述方式中，无法在门叶的所有位置处一致地获得平衡，并且不能在整个使用寿命中获得平衡。例如在拉伸弹簧的情况下，弹簧特性随着时间的过去而改变，以使得从长远来看不能保证需要的平衡力矩。
[0007]基于离心式驱动的撞击装置也是已知的，该撞击装置对门叶的下降速度的提高做出响应。然而，离心式驱动仅仅相对缓慢地响应并且因此仅仅能够用于低关闭速度。在更高的关闭速度下，门叶的滞后距离会有危险并且机械部件上的负荷会比较高。
[0008]这对所谓的传动破损保护装置同样成立，该传动破损保护装置构造为当独立的齿轮元件之间的动力传输损失时，保持狭口与传动的主齿轮啮合。
[0009]在传统升降门的情况下，异步马达与蜗杆、锥齿轮和正齿轮传动装置一起使用，并与机械制动器结合。传动装置和制动器受到永久性磨损。应力不仅起因于门系统的正常操作，而且尤其是起因于在危险情况下启动的措施，例如安全反向或紧急停止。由安全传感器如关断杆或挡光板触发的安全反向必须在最短的可能时间内促使门叶达到静止以及随后的门叶方向的反向以限制人体部分上的接触力。紧急停止过程在最短时间内导致停止。电力故障导致瞬时紧急停止。
[0010]如上所说明的，电力故障用于在以下情况下的门的通常设计:在门驱动的传动装置和保持制动器上放置最高负荷。驱动力瞬间不再存在，以闭路原理操作的制动器立即被驱动并且必须不仅吸收重力还吸收门叶质量的动能。在支持系统的齿轮和轴以及其他部分上的负荷以关闭速度的平方函数增加。
[0011]通常附接到马达轴的制动器确保在驱动关闭后门叶被保持在原位。以闭路原理操作的这些制动器承受高负荷，特别是在电力故障的情况下，因为它们必须立即并且以不受控的方式吸收门叶重量的动能。这种也能使电力故障易于管理的与安全相关的机械制动器的设计复杂度相对高。
[0012]另外，这样的制动器的制动效果取决于几个因素如运行温度或可能的污垢。典型地，制动器的制动效果在150°C左右突然下降。制动盘的任何带有油性物质的污垢也显著地减弱制动效果。
[0013]异步马达的调节范围，即额定转速与最低转速的比率是有限的，其中在最低转速时驱动器依然能够维持标称速度。因此所要求的力矩在低转速时不可得，并且还要考虑制动器的反应时间，所以在静止前必须已经驱动制动器。由此引起的将要由制动器吸收的动能导致大的磨损。
[0014]由于这些应力，制动器要至少每年并且取决于驱动的次数而被测试。安全专家推荐最迟在由紧急停止驱动或电力故障引起的2000次满负荷驱动后无条件地替换制动器。
[0015]为了使门在电力故障后也能打开，使用的机电保持制动器配备有手动操作的元件如电缆绞盘、曲柄或手动链条，其使用时抵消保持制动器的影响。因此门叶或者被重量平衡装置抬升，可以被提高，或者通过操作曲柄或手动链条向上滚动。
[0016]通常，通过使用使门叶的最均匀的加速度成为可能的频率变换器来在门上操作异步马达。在由重力引起的向下运动期间或者在门叶的反向操作期间，马达处于发电机模式。频率变换器通常需要所谓的制动电阻器，其中这个再生的能量被耗尽，即被转换成热能。
【发明内容】
[0017]本发明的目的是克服这些缺点并且提供改进的用于升降门的驱动和控制系统，以降低坠毁风险以及齿轮、轴、制动器和重力平衡装置上的应力。
[0018]本发明的特殊方法用通常用作驱动器的与马达附接的制动器来取代异步马达，其中该马达通过使用适当的控制和调节装置能够以马达驱动的方式将升降门的门叶减速到零速度并将它静止地保持在这个位置。
[0019]根据本发明的第一方面，提供了一种驱动系统，用于具有可垂直移动的门叶的升降门。该驱动系统包括:驱动马达，其可连接到门叶，所述驱动马达适用于垂直地移动门叶；和控制单元，其用于使驱动马达动作。该驱动系统的特征在于，驱动马达可以被向下调节到零转速，并且控制单元在停止状况发生时适用于使驱动马达动作以使得驱动马达的转速以受控的方式降低并且由此门叶以马达驱动的方式被制动，其中驱动马达被配置为在零转速提供足够的扭矩以保持门叶在当前位置，以及控制系统被配置为在电力故障期间也确保这样。
[0020]根据本发明的第二方面，提供了具有可垂直移动的门叶和根据本发明的第一方面的驱动系统的升降门。
[0021]驱动马达可以方便地直接耦合到门叶，尤其是不用啮合。这减少了易于磨损和故障的结构复杂的啮合单元。
[0022]驱动马达可以方便地形成为同步马达。同步马达被表征为高度可调节和稳健。它们以小尺度提供高扭矩，以使得它们可以可选地不配置有传动啮合装置，使得它们的扭矩对于通常的门叶重量是足够的。
[0023]另外，相比于传统的异步马达，同步马达可以在电流调节模式下操作，使得进行受控的操作直到零转速并且即使在不动(零转速)时也可以产生足够高的扭矩以对抗重力使门叶保持静止。
[0024]在进一步有利的实施例中，驱动系统还包括电能存储器，优选地为蓄电池单元的形式，其适用于在电力故障的情况下为驱动马达和控制单元供给电能。方便地，控制单元可以被配置为检测电力故障并且将这解释为紧急状况，以使得在电力故障的情况下驱动马达能够降低速度并且使门叶保持静止。用这种方式对门叶的重力平衡也可以省略。
[0025]同步驱动器可以可选地被配置为即使不使用重力平衡系统也能够移动门叶。同时，同步驱动器的电力调节可以(例如在可充电蓄电池单元或电容器单元中)回收在制动期间和/或在关闭门时释放的游离能量。因此还可以减少与重力平衡系统相关的设计复杂度，而不增加在机械支撑上的负载或折衷安全性。
[0026]另外，控制单元可以进一步地适用于在电力故障的情况下使升降门的紧急操作成为可能，尤其是使驱动马达动作用于升降门的紧急打开。因此电能存储器使紧急操作成为可能。
[0027]驱动系统还可以方便地包括电力调节单元，其用于使驱动马达动作，其中电力调节单元适用于回收在门的马达驱动减速期间产生的电能以及为电能存储器充入回收的能量。以这种方式，以极有能效的方式可以实现驱动升降门，这尤其是在基于蓄电池的紧急操作期间十分重要。
[0028]控制单元可以进一步地方便地适用于基于由指示升降门的位置或位置变化的位置传感器提供的信号来确定实际值，以及基于实际值与参考值的比较来使驱动马达动作。以这种方式，可以使精确调节门运动成为可能。基于参考值和实际值的比较，在偏离发生的情况下，可以以运动中断的形式做出反应。
[0029]在进一步有利的实施例中，控制单元可以监视剩余蓄电池电荷，以及当达到预定较低阀值时，用剩余的能量将门叶驱动到安全且不会坠毁的位置。作为冗余保护提供的额外的蓄电池单元可以供给这种能量。在可替代的实施例中，机械制动器可以承担这个冗余保护的功能。在门叶长时间保持在停止位置的情况下，为了节省能源的原因，制动器可以切换为激活。
[0030]通过使用位置传感器的读数可以验证保持位置是否以稳定的方式维持不变。如果确定保持位置没有维持，那么将驱动马达再次通电以在零转速恢复保持或者驱动到安全的不会坠毁的位置。在这种情况下，还可以输出检查和维修制动器的警告。
【附图说明】
[0031]下面参考附图描述本发明，在附图中:
[0032]图1示出了根据本发明的一个实施例的升降门的示意性配置；
[0033]图2示出了图示根据图1的发明的升降门的操作的示意性流程图；
[0034]图3示出了图示在电力故障的情况下根据图1的发明的升降门的操作的示意性流程图；
[0035]图4示出了图示在紧急打开门的情况下根据图1的发明的升降门的操作的示意性流程图；
[0036]图5示出了图示用于监视剩余蓄电池电荷的根据图1的发明的升降门的操作的示意性流程图；
[0037]图6示出了图示分别用于连续监视驱动马达或者门叶的位置和/或速度的根据图1的发明的升降门的操作的示意性流程图。
【具体实施方式】
[0038]在根据本发明的用于升降门的驱动和控制系统中，通常使用的异步马达与齿轮单元和机械加载的制动器的组合被电动马达取代，该电动马达优选地配置为同步马达，该同步马达可选地直接连接到门叶并且没有任何复杂的传动齿轮。控制单元配备有相应的电力调节单元用于驱动马达。该马达被配置为不仅在常规操作期间移动门叶，以及在紧急停止的情况下在最短的可能时间内制动门叶，而且使它保持在当前位置。
[0039]因此，消除了在常规的驱动中由齿轮破损引起的坠毁的风险，正如与常规齿轮故障保护相关联的额外复杂性。
[0040]在常规的驱动中易于磨损的制动装置可以被完全省略或