Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Kraft sowie Verwendung des Verfahrens und/oder der Vorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Kraft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 und eine Verwendung des Verfahrens und/oder der Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 oder 11.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, eine Kabinentür ei ^¬ nes Aufzuges mit einem Antriebszahnrad einer Motorwelle eines Elektromotors zu koppeln, so dass mittels des Elektromotors die Kabinentür zu öffnen und zu schließen ist. Der Elektromotor ist mit einem Leistungsverstärker elektrisch gekoppelt, welcher über einen Verbindungsstromkreis mit einer Energie ^¬ versorgungseinheit in Form eines Netzteils gekoppelt ist.

Es sind verschiedene Methoden zur Ermittlung der vom Elektromotor auf die Kabinentür wirkenden Kraft bekannt, beispiels ^¬ weise die Messung des Motorstroms und die Bestimmung der Kraft mittels der Motorkonstante und der Gesetze der mechani ^¬ schen Kraftübertragung. Des Weiteren sind auch Kraftmesseinrichtungen möglich. Zudem ist bei bekannter Türmasse die Kraft auch durch eine Bestimmung der Türbeschleunigung ermittelbar .

Zur Begrenzung der maximal möglichen auf die Kabinentür wirkenden Kraft, um beispielsweise eine Verletzung von Personen im Falle eines Einklemmens zu verhindern, werden mechanische Einrichtungen verwendet, welche nur eine vorgegebene maximale Kraftübertragung ermöglichen, zum Beispiel eine Rutschkupplung .

Des Weiteren ist eine Begrenzung der Kraft durch eine Begrenzung der Motorspannung mit einer Kompensation der gegenelektromotorischen Kraft möglich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung einer Kraft, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und eine Verwendung des Verfahrens und/oder der Vorrichtung anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Er ^¬ mittlung einer Kraft mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und eine Verwendung des Verfahrens und/oder der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 oder 11 gelöst .

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung einer Kraft, die über ein Antriebsrad, das an einer Motorwelle ei ^¬ nes Elektromotors befestigt ist, auf ein Bauteil einwirkt, welches mit dem Antriebsrad direkt formschlüssig und/oder kraftschlüssig gekoppelt ist, wobei der Elektromotor mit ei ^¬ nem Leistungsverstärker elektrisch gekoppelt ist, welcher über einen Verbindungsstromkreis mit einer Energieversorgungseinheit gekoppelt ist, wird die Kraft mittels einer Spannung und eines Stroms ermittelt, die im Verbindungsstrom ^¬ kreis ermittelt werden. Bei einem Getriebemotor ist das Antriebsrad alternativ an einer Abtriebswelle befestigt.

Das Bauteil ist beispielsweise eine Kabinentür einer Aufzug ^¬ kabine und weist zum Beispiel eine Zahnstange auf, über wel ^¬ che die Kabinentür mit dem beispielsweise als Zahnrad ausge ^¬ bildeten Antriebsrad des Elektromotors direkt formschlüssig gekoppelt ist. Alternativ kann das Antriebsrad beispielsweise als Reibrad ausgebildet sein und mit dem beispielsweise als Kabinentür ausgebildeten Bauteil direkt kraftschlüssig gekop ^¬ pelt sein.

In einer weiteren möglichen Alternative kann die Kabinentür beispielsweise auch über einen Zahnriemen mit dem Antriebsrad des Elektromotors gekoppelt sein, wobei dann schon der Zahn ^¬ riemen das Bauteil ist, auf welches die zu ermittelnde Kraft vom Antriebsrad des Elektromotors übertragen wird. Bei einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 in der Kopplung zwischen dem Antriebsrad und der Kabinentür, d.h. zwischen dem Antriebsrad und möglichen weiteren in der Kopplung vorhandenen Rädern, ist jedoch die an der Kabinentür angreifende Kraft bei Ver ^¬ nachlässigung von Reibungsverlusten identisch mit der vom Antriebsrad auf den Zahnriemen übertragenen Kraft.

Zum Bewegen derartiger Kabinentüren darf eine vorgegebene Maximalkraft nicht überschritten werden, um beispielsweise bei einem Einklemmen von Personen oder Gegenständen eine Verletzung der Personen bzw. eine Beschädigung der Gegenstände zu vermeiden. Wird eine Fehlfunktion, d.h. ein nicht vollständiges Öffnen oder Schließen der Kabinentür aufgrund eines Blockierens zum Beispiel durch eingeklemmte Personen oder Ge ^¬ genstände festgestellt, so ist der Elektromotor abzuschalten. Des Weiteren ist der Elektromotor bei einer ermittelten zu hohen Kraft abzuschalten, da dies bei einem Kontakt mit der Kabinentür zu Verletzungen von Personen oder zur Beschädigung von Gegenständen führen könnte.

Mittels des Verfahrens kann auf einfache und kostengünstige Weise die Kraft ermittelt werden, welche durch den Elektromo ^¬ tor bei stehender Kabinentür, beispielsweise bei blockierter Kabinentür, oder bei bewegter Kabinentür auf die Kabinentür übertragen wird und durch diese beispielsweise auf Personen oder Gegenstände einwirkt, wenn eine Vorderkante der Kabinen ^¬ tür auf diese auftreffen sollte und/oder wenn die Personen oder Gegenstände durch die Kabinentür eingeklemmt werden.

Dabei werden die Spannung und der Strom im Verbindungsstromkreis ermittelt, über welchen die Energieversorgungseinheit, beispielsweise ein Netzteil, mit dem Leistungsverstärker, insbesondere mit einer Endstufe, auch Motorendstufe genannt, gekoppelt ist, d.h. in einem Zwischenstromkreis. Daher ist zur Spannungs- und Stromermittlung kein Eingriff in den Leis- tungsverstärker oder den Elektromotor oder in die elektrische Kopplung des Leistungsverstärkers mit dem Elektromotor erforderlich. Des Weiteren ist die Ermittlung der Spannung und des Stroms mit entsprechenden Sensoren kostengünstig durchführbar, da potenzialbezogen gemessen werden kann. Auf diese Weise können eine Vielzahl unterschiedlicher Leistungsverstärker und Elektromotoren verwendet werden, wobei das Verfahren jeweils problemlos durchgeführt werden kann.

Bei der Ermittlung der Kraft werden Reibungsverluste und ein Wirkungsgrad des Elektromotors vernachlässigt. Daher ist eine reale Kraft stets geringer als die ermittelte Kraft, da stets ein Minimum an Reibung vorhanden ist. Auf diese Weise ist stets ein Sicherheitsspielraum gegeben, so dass eine Überschreitung der vorgegebenen zulässigen Maximalkraft verhindert ist.

Zweckmäßigerweise werden die Spannung und der Strom im Verbindungsstromkreis als Mittelwerte über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt. Ein derartiger Zeitraum beträgt beispielsweise zehn Millisekunden. Dies ist sinnvoll aufgrund von Energiespeichern in der durch die Energieversorgungseinheit, den Leistungsverstärker, den Elektromotor und das mit diesem gekoppelte Bauteil gebildeten Anordnung. Dadurch können kurzzeitige Kraftspitzen verursacht oder ausgeglichen werden, die nicht bei der Energieaufnahme erkennbar sind. Durch die Ermittlung der Spannung und des Stroms als Mittelwerte über den vorgegebenen Zeitraum werden Fehlalarme aufgrund falsch ermittelter Kräfte, beispielsweise aufgrund ei ^¬ ner kurzzeitigen Kraftspitze, und eine daraus beispielsweise resultierende Fehlabschaltung des Elektromotors vermieden.

Derartige Fehlalarme hätten bei einem Aufzug möglicherweise eine lange Ausfallzeit des Aufzugs und einen hohen Wartungs ^¬ aufwand mit entsprechend hohen Wartungskosten zur Folge. Der vorgegebene Zeitraum sollte entsprechend der jeweiligen An ^¬ wendung ausreichend kurz vorgegeben werden. Bei der Kabinentür sollte der Zeitraum beispielsweise so kurz vorgegeben werden, dass eventuell eingeklemmte Personen nicht verletzt und eingeklemmte Gegenstände nicht beschädigt werden. Bei ei- nem vorgegebenen Zeitraum von beispielsweise zehn Millisekun- den ist dies gegeben, da eine so kurze Krafteinwirkung kaum spürbar wäre .

Vorzugsweise wird in einem unbewegten Zustand des Bauteils die Kraft mittels der im Verbindungsstromkreis ermittelten Spannung, mittels des im Verbindungsstromkreis ermittelten Stroms, mittels einer Motorkonstante, mittels eines Wider ^¬ standes des Elektromotors, auch Wicklungswiderstand oder In ^¬ nenwiderstand genannt, und mittels eines Radius des Antriebs ^¬ rades ermittelt. Auf diese Weise kann im unbewegten Zustand des Bauteils, d.h. beispielsweise bei stehender Kabinentür, die Kraft ermittelt werden, welche vom Antriebsrad auf das Bauteil übertragen wird und bei möglicherweise eingeklemmten Personen oder Gegenständen über die Kabinentür auf diese einwirkt .

Neben dem ermittelten Strom und der ermittelten Spannung müssen zur Durchführung des Verfahrens lediglich die Motorkonstante und der Widerstand des jeweiligen Elektromotors sowie der Radius des jeweils verwendeten Antriebsrades bekannt sein. Die Motorkonstante und der Widerstand des Elektromotors sind beispielsweise einem Datenblatt des Elektromotors ent ^¬ nehmbar, der Radius des Antriebsrades ist beispielsweise ebenfalls einem entsprechenden Datenblatt entnehmbar oder messbar .

Die Kraft kann nach folgender Formel ermittelt werden:

U *I

K -

F R [1]

Dabei ist F die Kraft, K die Motorkonstante, U die ermittelte Spannung im Verbindungsstromkreis, I der ermittelte Strom im Verbindungsstromkreis , R der Widerstand des Elektromotors und r der Radius des Antriebsrades.

In einer vorteilhaften Aus führungs form wird in einem bewegten Zustand des Bauteils die Kraft mittels der im Verbindungs ^¬ stromkreis ermittelten Spannung, mittels des im Verbindungs ^¬ stromkreis ermittelten Stroms und mittels einer Geschwindig ^¬ keit des Bauteils ermittelt. Auf diese Weise kann im bewegten Zustand des Bauteils, d.h. beispielsweise bei bewegter Kabi ^¬ nentür, die Kraft ermittelt werden, welche vom Antriebsrad auf das Bauteil übertragen wird und bei Kontakt der Kabinen ^¬ tür mit Personen oder Gegenständen über die Kabinentür auf diese einwirkt.

Neben dem ermittelten Strom und der ermittelten Spannung ist in dieser Aus führungs form des Verfahrens zusätzlich noch die Geschwindigkeit des Bauteils, d.h. beispielsweise der Kabi ^¬ nentür zu ermitteln. Dies kann über einen entsprechenden Sensor, beispielsweise einen Inkrementalgeber erfolgen.

Die Kraft kann nach folgender Formel ermittelt werden:

^F = [2] v

Dabei ist F die Kraft, U die ermittelte Spannung im Verbin ^¬ dungsstromkreis, I der ermittelte Strom im Verbindungsstrom ^¬ kreis und v die Geschwindigkeit des Bauteils.

Zweckmäßigerweise wird neben der Spannung und dem Strom auch die Geschwindigkeit des Bauteils als Mittelwert über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt. Ein derartiger Zeitraum beträgt beispielsweise zehn Millisekunden. Da alle zu ermit ^¬ telnden Größen als Mittelwerte über den vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, werden Fehlalarme aufgrund falsch ermittel ^¬ ter Kräfte, beispielsweise aufgrund einer kurzzeitigen Kraft ^¬ spitze, und eine daraus beispielsweise resultierende Fehlab ^¬ schaltung des Elektromotors vermieden. Derartige Fehlalarme hätten bei einem Aufzug möglicherweise eine lange Ausfallzeit des Aufzugs und einen hohen Wartungs ^¬ aufwand mit entsprechend hohen Wartungskosten zur Folge. Der vorgegebene Zeitraum sollte entsprechend der jeweiligen An- wendung ausreichend kurz vorgegeben werden. Bei der Kabinentür sollte der Zeitraum beispielsweise so kurz vorgegeben werden, dass eventuell eingeklemmte Personen nicht verletzt und eingeklemmte Gegenstände nicht beschädigt werden. Bei ei ^¬ nem vorgegebenen Zeitraum von beispielsweise zehn Millisekun- den ist dies gegeben, da eine so kurze Krafteinwirkung kaum spürbar wäre .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form wird in einem bewegten Zustand des Bauteils die Kraft mittels der im Ver- bindungsstromkreis ermittelten Spannung, mittels des im Ver ^¬ bindungsstromkreis ermittelten Stroms, mittels einer Winkel ^¬ geschwindigkeit der Motorwelle und mittels eines Radius des Antriebsrades ermittelt. Auch auf diese Weise kann im beweg ^¬ ten Zustand des Bauteils, d.h. beispielsweise bei bewegter Kabinentür, die Kraft ermittelt werden, welche vom Antriebs ^¬ rad auf das Bauteil übertragen wird und bei Kontakt der Kabi ^¬ nentür mit Personen oder Gegenständen über die Kabinentür auf diese einwirkt.

Neben dem ermittelten Strom und der ermittelten Spannung ist in dieser Aus führungs form des Verfahrens zusätzlich noch die Winkelgeschwindigkeit der Motorwelle eines Elektromotors oder einer Abtriebswelle, wenn es sich z.B. um einen Getriebemotor handelt, zu ermitteln. Dies kann über einen entsprechenden Sensor, beispielsweise einen Inkrementalgeber erfolgen. Des Weiteren muss der Radius des jeweils verwendeten Antriebsra ^¬ des bekannt sein. Dieser ist beispielsweise ebenfalls einem entsprechenden Datenblatt entnehmbar oder messbar.

Die Kraft kann nach folgender Formel ermittelt werden

U *I

F

co *r Dabei ist F die Kraft, U die ermittelte Spannung im Verbin ^¬ dungsstromkreis, I der ermittelte Strom im Verbindungsstrom ^¬ kreis, ω die Winkelgeschwindigkeit der Motorwelle oder Ab ^¬ triebswelle und r der Radius des Antriebsrades.

Zweckmäßigerweise wird neben der Spannung und dem Strom auch die Winkelgeschwindigkeit der Motorwelle als Mittelwert über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt. Ein derartiger Zeitraum beträgt beispielsweise zehn Millisekunden. Da alle zu ermittelnden Größen als Mittelwerte über den vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, werden Fehlalarme aufgrund falsch ermittelter Kräfte, beispielsweise aufgrund einer kurzzeiti ^¬ gen Kraftspitze, und eine daraus beispielsweise resultierende Fehlabschaltung des Elektromotors vermieden.

Derartige Fehlalarme hätten bei einem Aufzug möglicherweise eine lange Ausfallzeit des Aufzugs und einen hohen Wartungs ^¬ aufwand mit entsprechend hohen Wartungskosten zur Folge. Der vorgegebene Zeitraum sollte entsprechend der jeweiligen An ^¬ wendung ausreichend kurz vorgegeben werden. Bei der Kabinentür sollte der Zeitraum beispielsweise so kurz vorgegeben werden, dass eventuell eingeklemmte Personen nicht verletzt und eingeklemmte Gegenstände nicht beschädigt werden. Bei ei ^¬ nem vorgegebenen Zeitraum von beispielsweise zehn Millisekunden ist dies gegeben, da eine so kurze Krafteinwirkung kaum spürbar wäre .

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung einer Kraft, die über ein Antriebsrad, das an einer Motorwelle oder Abtriebswelle eines Elektromo ^¬ tors befestigt ist, auf ein Bauteil einwirkt, welches mit dem Antriebsrad direkt formschlüssig und/oder kraftschlüssig ge ^¬ koppelt ist, wobei der Elektromotor mit einem Leistungsverstärker elektrisch gekoppelt ist, welcher über einen Verbindungsstromkreis mit einer Energieversorgungseinheit gekoppelt ist, umfasst eine Auswerteeinheit und zumindest einen mit der Auswerteeinheit gekoppelten und im Verbindungsstromkreis an- geordneten ersten Sensor zur Ermittlung einer Spannung und eines Stroms im Verbindungsstromkreis.

Wie bereits in den Ausführungen zum Verfahren erwähnt, ist das Bauteil beispielsweise eine Kabinentür einer Aufzugkabine und weist zum Beispiel eine Zahnstange auf, über welche die Kabinentür mit dem beispielsweise als Zahnrad ausgebildeten Antriebsrad des Elektromotors direkt formschlüssig gekoppelt ist. Alternativ kann das Antriebsrad beispielsweise als Reib ^¬ rad ausgebildet sein und mit dem beispielsweise als Kabinen ^¬ tür ausgebildeten Bauteil direkt kraftschlüssig gekoppelt sein .

In einer weiteren möglichen Alternative kann die Kabinentür beispielsweise auch über einen Zahnriemen mit dem Antriebsrad des Elektromotors gekoppelt sein, wobei dann schon der Zahn ^¬ riemen das Bauteil ist, auf welches die zu ermittelnde Kraft vom Antriebsrad des Elektromotors übertragen wird. Bei einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 in der Kopplung zwischen dem Antriebsrad und der Kabinentür, d.h. zwischen dem Antriebsrad und möglichen weiteren in der Kopplung vorhandenen Rädern, ist jedoch die an der Kabinentür angreifende Kraft bei Ver ^¬ nachlässigung von Reibungsverlusten identisch mit der vom Antriebsrad auf den Zahnriemen übertragenen Kraft.

Zum Bewegen derartiger Kabinentüren ist eine vorgegebene Maximalkraft nicht zu überschreiten, um beispielsweise bei ei ^¬ nem Einklemmen von Personen oder Gegenständen eine Verletzung der Personen bzw. eine Beschädigung der Gegenstände zu vermeiden. Bei einer Fehlfunktion, d.h. beispielsweise bei einem nicht vollständiges Öffnen oder Schließen der Kabinentür aufgrund eines Blockierens zum Beispiel durch eingeklemmte Per ^¬ sonen oder Gegenstände oder aufgrund einer Kraftüberschrei ^¬ tung während des Bewegens der Kabinentür ist der Elektromotor abzuschalten .

Mittels der Vorrichtung ist auf einfache und kostengünstige Weise die Kraft ermittelbar, die der Elektromotor auf die Ka- binentür überträgt und welche bei einem Kontakt der Kabinen ^¬ tür mit Personen oder Gegenständen auf diese einwirkt. Die Ermittlung der Spannung und des Stroms erfolgt im Verbindungsstromkreis, über welchen die Energieversorgungseinheit, beispielsweise ein Netzteil, mit dem Leistungsverstärker, auch Endstufe oder Motorendstufe genannt, gekoppelt ist, d.h. in einem Zwischenstromkreis. Daher ist zur Spannungs- und Stromermittlung kein Eingriff in den Leistungsverstärker oder den Elektromotor oder in die elektrische Kopplung des Leistungsverstärkers mit dem Elektromotor erforderlich. Auf diese Weise sind eine Vielzahl unterschiedlicher Leistungsverstärker und Elektromotoren verwendbar. Des Weiteren ist die Ermittlung der Spannung und des Stroms mit entsprechenden ersten Sensoren kostengünstig durchführbar, da die Messung potenzialbezogen durchführbar ist.

Zweckmäßigerweise umfasst die Vorrichtung zumindest einen mit der Auswerteeinheit gekoppelten zweiten Sensor zur Ermittlung einer Geschwindigkeit des Bauteils und/oder einer Winkelge ^¬ schwindigkeit der Motorwelle oder Abtriebswelle. Auf diese Weise ist das Verfahren insbesondere in seiner oben beschrie ^¬ benen zweiten und dritten Aus führungs form auch bei bewegter Kabinentür durchführbar. Der zweite Sensor ist beispielsweise ein Inkrementalgeber .

In einer erfindungsgemäßen Verwendung des Verfahrens und/oder der Vorrichtung wird eine Fehlfunktion erkannt, wenn die ermittelte Kraft einen vorgegebenen Wert überschreitet. Der Wert wird zweckmäßigerweise durch die Maximalkraft vorgege ^¬ ben .

In einer weiteren erfindungsgemäßen Verwendung des Verfahrens und/oder der Vorrichtung wird die Kraft in einer vorgegebenen Anzahl von Ermittlungszyklen ermittelt und es wird eine Fehlfunktion erkannt, wenn in einem vorgegebenen Anteil der Ermittlungszyklen die ermittelte Kraft einen vorgegebenen Wert überschreitet. Auch hier wird der Wert zweckmäßigerweise durch die Maximalkraft vorgegeben. Beispielsweise wird die Kraft in drei Ermittlungszyklen ermittelt, so dass drei er ^¬ mittelte Werte für die Kraft vorliegen. Es wird dann bei ^¬ spielsweise eine Fehlfunktion erkannt, wenn mindestens zwei der drei ermittelten Werte für die Kraft den vorgegebenen Wert, beispielsweise die vorgegebene Maximalkraft überschrei ^¬ ten .

Auf diese Weise werden Fehlalarme, d.h. Falscherkennungen ei ^¬ ner Fehlfunktion aufgrund kurzzeitiger, im realen Einsatz unbedeutender Kraftüberschreitungen oder beispielsweise aufgrund von Messfehlern und eine daraus beispielsweise resul ^¬ tierende Fehlabschaltung des Elektromotors vermieden. Derartige Fehlalarme hätten bei einem Aufzug möglicherweise eine lange Ausfallzeit des Aufzugs und einen hohen Wartungsaufwand mit entsprechend hohen Wartungskosten zur Folge.

Zweckmäßigerweise wird der Elektromotor bei einer erkannten Fehlfunktion abgeschaltet. Dadurch wird bei einer erkannten Fehlfunktion das Bauteil, beispielsweise die Kabinentür der Aufzugkabine, nicht mehr bewegt, wodurch Gefährdungen von Personen oder Gegenständen, welche von dem Bauteil, d.h. von der Kabinentür, mit einer unzulässig hohen Kraft getroffen und eingeklemmt und dadurch verletzt bzw. beschädigt werden könnten, vermieden werden.

Bei einem Aufzug wird daraus resultierend zweckmäßigerweise der gesamte Aufzug außer Betrieb gesetzt, um eine Gefährdung von Personen durch eine Bewegung der Aufzugkabine mit nicht verschlossener Kabinentür und des Weiteren durch nicht verschlossene Aufzugschachttüren, welche üblicherweise durch ei ^¬ ne Kopplung mit der Kabinentür bewegt werden, zu vermeiden. Zudem wird bevorzugt eine Fehlermeldung generiert und bei ^¬ spielsweise an einen Wartungsdienst weitergeleitet, so dass eine schnelle Reparatur ermöglicht wird. Des Weiteren können aufgrund einer derartigen Fehlermeldung sich eventuell noch in der Aufzugkabine befindende Personen durch den Wartungs ^¬ dienst unverzüglich befreit werden. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.

eine schematische Darstellung einer Aufzugkabine, welche eine mit einem Elektromotor gekoppelte Kabi nentür aufweist. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Aufzugkabi ^¬ ne 1, welche in einem hier nicht dargestellten Aufzugschacht angeordnet ist. Die Aufzugkabine 1 weist als ein Bauteil 2, welches bei einer Normalfunktion beweglich ist, eine Kabinentür auf.

Das Bauteil 2 ist mittels eines Elektromotors 3 bewegbar, welcher beispielsweise als Gleichstrommotor ausgebildet ist. An einer Motorwelle 4 des Elektromotors 3 ist ein Antriebs ^¬ rad 5 befestigt, welches in diesem Ausführungsbeispiel als ein Zahnrad ausgebildet ist. Wenn es sich um einen Getriebe ^¬ motor (Kombination von Elektromotor und Getriebe) handelt, ist das Antriebsrad an einer Abtriebswelle befestigt (nicht dargestellt) . Dieses Antriebsrad 5 ist mit dem Bauteil 2, d.h. mit der Ka ^¬ binentür im hier dargestellten Beispiel direkt formschlüssig gekoppelt, da am Bauteil 2 eine Zahnstange 6 ausgebildet ist, wobei Zähne des Antriebsrades 5 in Zahnzwischenräume der Zahnstange 6 eingreifen und Zähne der Zahnstange 6 in Zahn- Zwischenräume des Antriebsrades 5 eingreifen, d.h. die

Zahnstange 6 des Bauteils 2 und das Antriebsrad 5 sind mit ^¬ einander verzahnt. In einem hier nicht dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel kann das Antriebsrad 5 beispiels ^¬ weise als ein Reibrad ausgebildet sein und in kraftschlüssi- ger Kopplung mit dem Bauteil 2 stehen.

Der Elektromotor 3 ist mit einem als Endstufe, insbesondere als Motorendstufe ausgebildeten Leistungsverstärker 7 elekt- risch gekoppelt, welcher über einen Verbindungsstromkreis 8 mit einer als Netzteil ausgebildeten Energieversorgungseinheit 9 gekoppelt ist. Das Netzteil ist beispielsweise an ein Energieversorgungsnetz des Gebäudes angeschlossen.

Zum Bewegen derartiger Kabinentüren darf eine vorgegebene Maximalkraft nicht überschritten werden, um beispielsweise bei einem Einklemmen von Personen oder Gegenständen eine Verletzung der Personen bzw. eine Beschädigung der Gegenstände zu vermeiden. Wird eine Fehlfunktion, d.h. ein nicht vollständiges Öffnen oder Schließen der Kabinentür aufgrund eines Blockierens zum Beispiel durch eingeklemmte Personen oder Ge ^¬ genstände festgestellt, so ist der Elektromotor 3 abzuschal ^¬ ten .

Des Weiteren ist der Elektromotor 3 abzuschalten, wenn eine ermittelte Kraft F, die über das an der Motorwelle 4 befes ^¬ tigte Antriebsrad 5 auf das Bauteil 2, d.h. auf die Kabinen ^¬ tür über deren ausgeformte Zahnstange 6 einwirkt, einen vor- gegebenen Wert, d.h. die vorgegebene Maximalkraft, über ^¬ schreitet, da dies bei einem Kontakt mit der Kabinentür oder bei einem Einklemmen durch die Kabinentür zu Verletzungen von Personen oder zur Beschädigung von Gegenständen führen könnte. Die Kraft F ist in der Figur 1 beispielhaft nach links gerichtet dargestellt. Dies trifft für den Fall zu, dass sich das Antriebsrad 5 in Draufsicht von vorn, d.h. in der hier dargestellten Ansicht, im Uhrzeigersinn dreht. Beispielsweise wird dadurch die Kabinentür nach links bewegt, um die Aufzug ^¬ kabine 1 zu öffnen. Entsprechend ist die Kraft F nach rechts gerichtet, wenn sich das Antriebsrad 5 in entgegengesetzter Richtung dreht, d.h. entgegen dem Uhrzeigersinn. Beispielsweise wird dadurch die Kabinentür nach rechts bewegt, um die Aufzugkabine 1 wieder zu schließen. Die Kraft F wird in einem Verfahren mittels einer Spannung U und eines Stroms I ermittelt, die im Verbindungsstromkreis 8 ermittelt werden. Zur Ermittlung der Spannung U und des Stroms I im Verbindungsstromkreis 8 weist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zumindest einen im Verbindungsstromkreis 8 angeordneten ersten Sensor 10 zur Ermittlung der Spannung U und des Stroms I im Verbindungsstromkreis 8 auf. Dieser erste Sensor 10 ist mit einer Auswerte- einheit 11 gekoppelt, um erfasste Sensordaten des ersten Sen ^¬ sors 10 auszuwerten und die Kraft F zu ermitteln.

Die Kraft F kann in einem bewegten Zustand des Bauteils 2 un ^¬ ter Nutzung des Energieerhaltungssatzes in Bezug auf eine Energie im Verbindungsstromkreis 8 und eine mechanisch abge ^¬ gebene Energie am Elektromotor 3 ermittelt werden. Auf diese Weise wird eine direkte oder indirekte Messung einer Motor ^¬ spannung oder eines Motorstroms I _m vermieden und durch die wesentlich einfacher und kostengünstiger zu realisierende Er- mittlung der Spannung U und des Stroms I im Verbindungsstromkreis 8 ersetzt.

Bei einem bewegten Zustand des Bauteils 2 ist zusätzlich noch eine Ermittlung einer Winkelgeschwindigkeit ω der Motorwel- le 4 oder alternativ eine Ermittlung einer Geschwindigkeit v des Bauteils 2 erforderlich. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung zumindest einen, hier nicht näher dargestellten, mit der Auswerteeinheit 11 gekoppelten zweiten Sensor zur Ermittlung der Geschwindigkeit v des Bauteils 2 und/oder der Win- kelgeschwindigkeit ω der Motorwelle 4 auf. Der zweite Sensor ist beispielsweise ein Inkrementalgeber .

Des Weiteren muss, wenn die Kraft F mittels der Winkelge ^¬ schwindigkeit ω der Motorwelle 4 ermittelt wird, zusätzlich noch ein Radius r des jeweils verwendeten Antriebsrades 5 be ^¬ kannt sein. Dieser Radius r des Antriebsrades 5 ist bei ^¬ spielsweise einem Datenblatt des Elektromotors 3 oder des An ^¬ triebsrades 5 entnehmbar oder messbar. Für ein mittels des Elektromotors 3 bewegtes Bauteil 2 gilt unter Vernachlässigung von Reibungsverlusten und eines Wirkungsgrades des Elektromotors 3, welcher kleiner als einhun ^¬ dert Prozent ist, dass ein Produkt aus der Spannung U und dem Strom I im Verbindungsstromkreis 8 gleich einem Produkt aus einem Drehmoment M an der Motorwelle 4 und der Winkelge ^¬ schwindigkeit ω der Motorwelle 4 ist:

U*I=M*co [4]

Die linke Seite der Gleichung [4] beschreibt eine elektrische Leistung im Verbindungsstromkreis 8 und die rechte Seite der Gleichung [4] beschreibt eine mechanische Leistung des Elekt ^¬ romotors 3.

Die Spannung U und der Strom I im Verbindungsstromkreis 8 werden mittels des im Verbindungsstromkreis 8 angeordneten ersten Sensors 10 direkt ermittelt. Die Winkelgeschwindig ^¬ keit ω wird entweder direkt mittels des beispielsweise als Inkrementalgeber ausgebildeten zweiten Sensors ermittelt, oder mittels des zweiten Sensors wird die Geschwindigkeit v des Bauteils 2 ermittelt, wodurch die Winkelgeschwindig ^¬ keit ω auf folgende Weise ermittelt werden kann: v

ω = 2 * π ^: [5]

2 * π * Γ r

Dabei ist π die Kreiszahl.

Das Drehmoment M an der Motorwelle 4 kann durch Umstellung der Gleichung [4] aus der Spannung U und dem Strom I im Verbindungsstromkreis 8 und der Winkelgeschwindigkeit ω der Mo ^¬ torwelle 4 ermittelt werden:

U *I

M = [6] ω

Durch Einsetzen der Gleichung [5] für die Winkelgeschwindigkeit ω der Motorwelle 4 in die Gleichung [6] ergibt sich für das Drehmoment M an der Motorwelle 4:

M = U *I *- [7] v Die Kraft F entspricht einem Quotienten aus dem Drehmoment M an der Motorwelle 4 und einem wirksamen Hebelarm, wobei eine Länge des Hebelarms dem Radius r des Antriebsrades 5 ent ^¬ spricht :

Die Kraft F lässt sich nun unter Verwendung der Geschwindigkeit v des Bauteils 2 durch die oben bereits erwähnte Glei ^¬ chung [2] ermitteln, welche durch Einsetzen der Gleichung [7] für das Drehmoment M an der Motorwelle 4 in die Gleichung [8] gebildet wird:

_^ U *I

[2]

Alternativ lässt sich die Kraft F unter Verwendung der Winkelgeschwindigkeit ω der Motorwelle 4 durch die oben bereits erwähnte Gleichung [3] ermitteln, welche durch Einsetzen der Gleichung [6] für das Drehmoment M an der Motorwelle 4 in di Gleichung [8] gebildet wird:

U *I

Wie bereits erwähnt, werden bei dieser Ermittlung der Kraft F Reibungsverluste und der Wirkungsgrad des Elektromotors 3 vernachlässigt. Daher ist eine reale Kraft stets geringer als die ermittelte Kraft F, da stets ein Minimum an Reibung vor ^¬ handen ist und der Wirkungsgrad des Elektromotors 3 kleiner als einhundert Prozent ist.

Dies ist jedoch insbesondere für dieses Ausführungsbeispiel der Kabinentür sehr vorteilhaft, da auf diese Weise stets ein Sicherheitsspielraum gegeben ist, so dass eine Überschreitung der vorgegebenen zulässigen Maximalkraft verhindert ist.

D.h., selbst wenn die ermittelte Kraft F der vorgegebenen Ma ^¬ ximalkraft entspricht, die nicht überschritten werden darf, ist in der Realität die reale Kraft, die über das Antriebs ^¬ rad 5 auf das Bauteil 2, hier auf die Kabinentür einwirkt und welche von einer Vorderkante der Kabinentür eventuell auf Personen oder Gegenstände einwirken würde, geringer als die vorgegebene Maximalkraft, so dass keine Verletzung von Perso ^¬ nen oder Beschädigung von Gegenständen zu befürchten ist.

Vergleichbare Zusammenhänge sind auch für einen unbewegten Zustand des Bauteils 2 anwendbar. Da in diesem Fall die Win ^¬ kelgeschwindigkeit ω gleich Null ist, wird hierbei der Ener ^¬ gieerhaltungssatz mit einem Widerstand R des Elektromotors 3, auch Wicklungswiderstand oder Innenwiderstand genannt, und mit dem Motorstrom I _m des Elektromotors 3 angewendet, wobei der Motorstrom I _m , wie im Folgenden gezeigt wird, durch den Strom I und die Spannung U im Verbindungsstromkreis 8 und den Widerstand R des Elektromotors 3 ersetzt werden kann, so dass der Motorstrom I _m selbst nicht gemessen werden muss.

D.h. die Kraft F wird im unbewegten Zustand des Bauteils 2 unter Nutzung des Energieerhaltungssatzes in Bezug auf die Energie im Verbindungsstromkreis 8 und thermische Verluste im stehenden Elektromotor 3 ermittelt. Auf diese Weise wird auch im unbewegten Zustand des Bauteils 2 die direkte oder indi ^¬ rekte Messung der Motorspannung oder des Motorstroms I _m vermieden und durch die wesentlich einfacher und kostengünstiger zu realisierende Ermittlung der Spannung U und des Stroms I im Verbindungsstromkreis 8 ersetzt.

Das Produkt aus der Spannung U und dem Strom I im Verbindungsstromkreis 8 ist gleich einem Produkt aus dem Wider ^¬ stand R des Elektromotors 3 und dem Quadrat des Motor ^¬ stroms I _m :

U*I=R*I [9] Die linke Seite der Gleichung [9] beschreibt die elektrische Leistung im Verbindungsstromkreis 8 und die rechte Seite der Gleichung [9] beschreibt die thermischen Verluste im stehenden Elektromotor 3.

Die Spannung U und der Strom I im Verbindungsstromkreis 8 werden auch hier mittels des im Verbindungsstromkreis 8 ange ^¬ ordneten ersten Sensors 10 direkt ermittelt. Der Widerstand R des Elektromotors 3 muss bekannt sein und ist beispielsweise dem Datenblatt des Elektromotors 3 entnehmbar.

Nach Umstellung der Gleichung [9] ergibt sich für den Motorstrom I _m :

Die Kraft F kann bei Kenntnis einer Motorkonstante K, welche ebenfalls beispielsweise dem Datenblatt des Elektromotors 3 zu entnehmen ist, über folgende Formel ermittelt werden:

Zusätzlich muss auch hier der Radius r des jeweils verwende ^¬ ten Antriebsrades 5 bekannt sein. Dieser Radius r des An ^¬ triebsrades 5 ist, wie bereits erwähnt, beispielsweise dem Datenblatt des Elektromotors 3 oder des Antriebsrades 5 ent ^¬ nehmbar oder messbar.

D.h. die Kraft F lässt sich im unbewegten Zustand des Bau ^¬ teils 2 durch die oben bereits erwähnte Gleichung [1] ermit ^¬ teln, welche durch Einsetzen der Gleichung [10] für den Motorstrom I _m in die Gleichung [11] gebildet wird: κ- U*I

F R [1]

Mittels des Verfahrens kann auf einfache und kostengünstige Weise die Kraft F ermittelt werden, welche durch den Elektro- motor 3 bei stehender Kabinentür, beispielsweise bei blockierter Kabinentür, oder bei bewegter Kabinentür auf die Kabinentür übertragen wird und durch diese beispielsweise auf Personen oder Gegenstände einwirkt, wenn eine Vorderkante der Kabinentür auf diese auftreffen sollte und/oder wenn die Per- sonen oder Gegenstände durch die Kabinentür eingeklemmt werden .

Da die Spannung U und der Strom I im Verbindungsstromkreis 8 ermittelt werden, über welchen die Energieversorgungsein- heit 9, hier das Netzteil, mit dem Leistungsverstärker 7, insbesondere mit der Endstufe, auch Motorendstufe genannt, gekoppelt ist, d.h. in einem Zwischenstromkreis, ist zur Spannungs- und Stromermittlung kein Eingriff in den Leistungsverstärker 7 oder den Elektromotor 3 oder in die elekt- rische Kopplung des Leistungsverstärkers 7 mit dem Elektromo ^¬ tor 3 erforderlich. Des Weiteren ist die Ermittlung der Spannung U und des Stroms I mit entsprechenden ersten Sensoren 10 kostengünstig durchführbar, da potenzialbezogen gemessen werden kann. Auf diese Weise können eine Vielzahl unterschiedli- eher Leistungsverstärker 7 und Elektromotoren 3 verwendet werden, wobei das Verfahren jeweils problemlos durchgeführt werden kann.

Wie bereits erwähnt, werden bei dieser Ermittlung der Kraft F Reibungsverluste und der Wirkungsgrad des Elektromotors 3 vernachlässigt. Daher ist eine reale Kraft stets geringer als die ermittelte Kraft F, da stets ein Minimum an Reibung vor ^¬ handen ist und der Wirkungsgrad des Elektromotors 3 kleiner als einhundert Prozent ist. Dies ist jedoch insbesondere für dieses Ausführungsbeispiel der Kabinentür, wie oben schon ausgeführt, sehr vorteilhaft, da auf diese Weise stets ein Sicherheitsspielraum gegeben ist, so dass eine Überschreitung der vorgegebenen zulässigen Maximalkraft verhindert ist. D.h., selbst wenn die ermittelte Kraft F der vorgegebenen Maximalkraft entspricht, die nicht überschritten werden darf, ist in der Realität die reale Kraft, die über das Antriebsrad 5 auf das Bauteil 2, hier auf die Kabinentür einwirkt und welche von der Vorderkante der Kabinentür eventuell auf Personen oder Gegenstände einwirken würde, geringer als die vorgegebene Maximalkraft, so dass keine Verletzung von Personen oder Beschädigung von Gegenständen zu befürchten ist.

Zweckmäßigerweise werden die Spannung U und der Strom I im Verbindungsstromkreis 8 und vorteilhafterweise zusätzlich, wenn diese verwendet werden, auch die Geschwindigkeit v des Bauteils 2 und/oder die Winkelgeschwindigkeit ω der Motor ^¬ welle 4 als Mittelwerte über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt. Ein derartiger Zeitraum beträgt beispielsweise zehn Millisekunden .

Dies ist sinnvoll aufgrund von Energiespeichern in der durch die Energieversorgungseinheit 9, den Leistungsverstärker 7, den Elektromotor 3 und das mit diesem gekoppelte Bauteil 2 gebildeten Anordnung. Dadurch können kurzzeitige Kraftspitzen verursacht oder ausgeglichen werden, die nicht bei der Energieaufnahme erkennbar sind. Durch die Ermittlung der Spannung U und des Stroms I und vorteilhafterweise zusätzlich, wenn diese verwendet werden, auch der Geschwindigkeit v des Bauteils 2 und/oder der Winkelgeschwindigkeit ω der Motor ^¬ welle 4 als Mittelwerte über den vorgegebenen Zeitraum werden Fehlalarme aufgrund falsch ermittelter Kräfte, beispielsweise aufgrund einer kurzzeitigen Kraftspitze, und eine daraus bei ^¬ spielsweise resultierende Fehlabschaltung des Elektromotors 3 vermieden. Derartige Fehlalarme hätten bei einem Aufzug mög ^¬ licherweise eine lange Ausfallzeit des Aufzugs und einen ho- hen Wartungsaufwand mit entsprechend hohen Wartungskosten zur Folge .

Der vorgegebene Zeitraum sollte entsprechend der jeweiligen Anwendung ausreichend kurz vorgegeben werden. Bei der Kabinentür sollte der Zeitraum beispielsweise so kurz vorgegeben werden, dass eventuell eingeklemmte Personen nicht verletzt und eingeklemmte Gegenstände nicht beschädigt werden. Bei ei ^¬ nem vorgegebenen Zeitraum von beispielsweise zehn Millisekunden ist dies gegeben, da eine so kurze Krafteinwirkung kaum spürbar wäre .

Das Verfahren und die Vorrichtung zur Ermittlung der Kraft F können beispielsweise zum Erkennen einer Fehlfunktion verwendet werden. Dabei wird beispielsweise eine Fehlfunktion er ^¬ kannt, wenn die ermittelte Kraft F einen vorgegebenen Wert überschreitet. Der Wert wird zweckmäßigerweise durch die Ma ^¬ ximalkraft vorgegeben.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kraft F in einer vorgegebenen Anzahl von Ermittlungszyklen ermittelt wird und eine Fehlfunktion erkannt wird, wenn in einem vorgegebenen Anteil der Ermittlungszyklen die ermittelte Kraft F den vorgegebenen Wert überschreitet. Auch hier wird der Wert zweck ^¬ mäßigerweise durch die Maximalkraft vorgegeben.

Beispielsweise wird die Kraft F in drei Ermittlungszyklen er ^¬ mittelt, so dass drei ermittelte Werte für die Kraft F vor ^¬ liegen. Es wird dann beispielsweise eine Fehlfunktion erkannt, wenn mindestens zwei der drei ermittelten Werte für die Kraft F den vorgegebenen Wert, beispielsweise die vorge ^¬ gebene Maximalkraft überschreiten.

Auf diese Weise werden Fehlalarme, d.h. Falscherkennungen ei ^¬ ner Fehlfunktion aufgrund kurzzeitiger, im realen Einsatz unbedeutender Kraftüberschreitungen oder beispielsweise aufgrund von Messfehlern und eine daraus beispielsweise resul ^¬ tierende Fehlabschaltung des Elektromotors 3 vermieden. Der- artige Fehlalarme hätten bei einem Aufzug möglicherweise eine lange Ausfallzeit des Aufzugs und einen hohen Wartungsaufwand mit entsprechend hohen Wartungskosten zur Folge.

Bei einer erkannten Fehlfunktion wird der Elektromotor 3 zweckmäßigerweise abgeschaltet. Zu diesem Zweck ist vorteil ^¬ hafterweise die Vorrichtung, beispielsweise die Auswerteein ^¬ heit 11 der Vorrichtung mit dem Elektromotor 3 gekoppelt, um diesen bei einer erkannten Fehlfunktion abschalten zu können

Durch das Abschalten des Elektromotors 3 wird bei einer der ^¬ artigen erkannten Fehlfunktion das Bauteil 2, beispielsweise die Kabinentür der Aufzugkabine 1, nicht mehr bewegt, wodurch Gefährdungen von Personen oder Gegenständen, welche von dem Bauteil 2, d.h. von der Kabinentür, mit einer unzulässig hohen Kraft getroffen und eingeklemmt und dadurch verletzt bzw. beschädigt werden könnten, vermieden.

Bei einem Aufzug wird daraus resultierend zweckmäßigerweise der gesamte Aufzug außer Betrieb gesetzt, um eine Gefährdung von Personen durch eine Bewegung der Aufzugkabine 1 mit nicht verschlossener Kabinentür und des Weiteren durch nicht verschlossene Aufzugschachttüren, welche üblicherweise durch ei ^¬ ne Kopplung mit der Kabinentür bewegt werden, zu vermeiden. Zudem wird bevorzugt eine Fehlermeldung generiert und bei ^¬ spielsweise an einen Wartungsdienst weitergeleitet, so dass eine schnelle Reparatur ermöglicht wird. Des Weiteren können aufgrund einer derartigen Fehlermeldung sich eventuell noch in der Aufzugkabine 1 befindende Personen durch den Wartungs ^¬ dienst unverzüglich befreit werden.