Positionsbestimmung mittels Winkelmessung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines linear bewegbaren Objektes, insbesondere einer Schiebetür oder einer Aufzugstür.

Es sind bereits verschiedene derartige Vorrichtungen und Ver- fahren bekannt.

DE 10 2009 042 800 AI offenbart beispielsweise ein System aus einer Antriebseinheit und einem Sensor, mit dem die Position eines durch die Antriebseinheit bewegten Elementes bestimmt werden kann. Der Sensor ist ein Entfernungsmesser zur Messung einer Entfernung zwischen dem Sensor und dem bewegbaren Element, aus der eine Position des bewegbaren Elementes bestimmt wird . DE 10 2006 040 232 AI offenbart einen Türantrieb für eine au ^¬ tomatische Tür mit einem bürstenlosen Elektromotor und einer Ansteuervorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors. Die Ansteuervorrichtung umfasst einen nach einem magnetischen Prinzip arbeitenden Winkelgeber zur Erzeugung eines zum Drehwinkel des Motors proportionalen Winkelsignals.

DE 10 2007 060 343 AI offenbart eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung der Bewegung eines Flügels eines angetriebe ^¬ nen Tores mit einer Positionserfassungseinrichtung zum Erfas- sen einer Position des Flügels. Die Positionserfassungseinrichtung weist eine Distanzmesseinrichtung zum Messen einer Distanz eines Flügelbereichs von einem ortsfesten Bereich unter Verwendung einer Wellenaussendung auf. Aus der Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102011003399.8 ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Position zumindest eines mittels eines Antriebsriemens einer Antriebseinheit be ^¬ wegbaren Elementes bekannt. Dabei wird der Antriebsriemen über ein Messintervall mit einer vorgegebenen Kraft um eine Wegänderung gedehnt. Aus dem Messintervall, der Kraft sowie einem Elastizitätsmodul und einem Querschnitt des Antriebs ^¬ riemens wird eine wirksame Länge des Antriebsriemens bestimmt und aus der wirksamen Länge wird die Position bestimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren und eine alternative Vorrichtung zum Bestimmen einer Position eines linear beweglichen Objektes anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Ver ^¬ fahrens durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen einer Position eines linear bewegbaren Objektes umfasst eine Kontaktein- heit, die derart an das Objekt gekoppelt ist, dass sie ein von der Position des Objektes abhängiges Winkelsignal lie ^¬ fert, eine Winkelerfassungseinheit zur Erfassung des von der Kontakteinheit gelieferten Winkelsignals und eine Auswerte ^¬ einheit zur Auswertung des von der Winkelerfassungseinheit erfassten Winkelsignals.

Eine derartige Vorrichtung benötigt keine beweglichen und verschleißanfälligen Bauteile im Messsystem und hat deshalb den Vorteil, besonders verschleißresistent und funktionssi- eher zu sein. Ferner benötigt die Vorrichtung nur dann Energie, wenn eine Position des Objektes auch ausgelesen wird, und ist daher effizient hinsichtlich des Energiebedarfs und Energieverbrauchs. Ferner kann die Vorrichtung im Wesentli ^¬ chen in einem Bauraum angeordnet werden, der von dem Objekt durchfahren wird, so dass die Vorrichtung vorteilhaft kaum zusätzlichen Bauraum benötigt. In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Kontakteinheit ein in jeder Position des Objektes gespanntes li ^¬ neares Federelement, das mit einem ersten Ende an das Objekt und mit einem zweiten Ende an die Winkelerfassungseinheit ge- koppelt ist, so dass ein Winkel zwischen einer vorgegebenen Referenzrichtung und dem Federelement von der Position des Objektes abhängt, wobei die Winkelerfassungseinheit diesen Winkel als Winkelsignal erfasst. In einer zweiten Ausgestaltung weist die Kontakteinheit eine Masse auf, die über ein Seil an das Objekt gekoppelt ist. Da ^¬ bei ist das Seil über eine Umlenkvorrichtung geführt, so dass ein Winkel zwischen einer vorgegebenen Referenzrichtung und demjenigen Abschnitt des Seils, der zwischen der Umlenkvor- richtung und dem Objekt verläuft, von der Position des Objektes abhängt. Die Winkelerfassungseinheit erfasst diesen Win ^¬ kel als Winkelsignal.

Beide Ausgestaltungen liefern sehr einfach und kostengünstig realisierbare Ausführungen der Erfindung. Außerdem können die von dem Federelement oder der Masse auf das Objekt ausgeübten Kräfte auch Nutzkräfte sein, die der Bewegung des Objektes dienen. Beispielsweise kann die Federkraft des Federelementes oder die Gewichtskraft der Masse das Bewegen des Objektes er- möglichen oder unterstützen.

In einer dritten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Kontakteinheit zwei gerade Schenkel, die über ein Gelenk beweg ^¬ lich miteinander verbunden sind. Dabei ist ein Schenkel mit einem Ende an das Objekt gekoppelt und ein Ende des anderen

Schenkels ist fixiert, so dass ein Winkel zwischen den Schen ^¬ keln von der Position des Objektes abhängt.

Auch diese Ausgestaltung hat den Vorteil eines extrem einfa- chen und kostengünstigen Aufbaus.

Bei der dritten Ausgestaltung kann als Winkelsignal ein Winkel zwischen den beiden Schenkeln verwendet werden. Dies er- fordert vorteilhaft keine zusätzliche Referenzrichtung zur Festlegung des Winkels. Alternativ kann als Winkelsignal we ^¬ nigstens einer der Winkel zwischen einer vorgegebenen Referenzrichtung und einem Schenkel erfasst werden. Insbesondere kann dabei als Referenzrichtung die Richtung der Erdanziehungskraft verwendet werden. Dies ermöglicht die Verwendung von Beschleunigungssensoren als Winkelerfassungseinheiten und die Kompensation von Fliehkräften im mobilen Einsatz. In einer vierten Ausgestaltung umfasst die Kontakteinheit ein das Winkelsignal liefernde Strukturelement, welches während der Bewegung des Objektes von der Winkelerfassungseinheit ausgelesen wird. Beispielsweise ist das Strukturelement he- lixartig geformt und entlang einer Bewegungstraj ektorie des Objektes angeordnet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Kontakteinheit keine sich bewegenden Komponenten aufweist und dadurch wartungsfreundlicher und weniger reparaturanfällig ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen einer Position eines linear bewegbaren Objektes mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mittels der Winkelerfassungs ^¬ einheit ein von der Kontakteinheit geliefertes Winkelsignal erfasst und mittels der Auswerteeinheit das von der Winkeler- fassungseinheit erfasste Winkelsignal ausgewertet. Dabei wird die Position des Objekts anhand einer Auswertefunktion ermittelt, die eine Abhängigkeit des Winkelsignals von einer die Position des Objektes angebenden Koordinate beschreibt. Bei dem Verfahren wird somit die Position des Objektes anhand einer Auswertefunktion bestimmt, die der Position des Objektes ein Winkelsignal zuordnet. Auf diese Weise kann eine Po ^¬ sition des Objektes auch nach einem manuellen Verschieben des Objektes während eines Stromausfalls aus dem Winkelsignal ab- geleitet werden. Die Auswertefunktion wird vorzugsweise experimentell ermit ^¬ telt. Dadurch kann die Auswertefunktion zuverlässig unter realen Bedingungen ermittelt werden. In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden Prüfpositionen des Objektes vorgegeben und das Winkelsignal wird an den PrüfPositionen laufend erfasst und mit den Werten der Auswertefunktion für die PrüfPositionen verglichen. Die Auswertefunktion wird aktualisiert, wenn ihre Werte für die PrüfPositionen von den an den PrüfPositionen erfassten Winkelsignalen abweichen.

Dies ermöglicht es vorteilhaft, die Auswertefunktion sich än ^¬ dernden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung anzu- passen.

Durch die laufende Überprüfung der Auswertefunktion an vorgegebenen Positionen des Objektes können zuverlässig notwendige Anpassungen der Auswertefunktion erkannt werden und außerdem eine zeitliche Änderung der Eigenschaften der Vorrichtung dokumentiert und analysiert werden.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen: FIG 1A schematisch eine erste Vorrichtung zum Bestimmen einer Position einer Schiebetür bei einer geöffneten Stellung der Schiebetür,

FIG 1B schematisch die in Figur 1A dargestellte Vorrichtung bei einer geschlossenen Stellung der Schiebetür, FIG 2A schematisch eine zweite Vorrichtung zum Bestimmen einer Position einer Schiebetür bei einer geöffneten Stellung der Schiebetür, FIG 2B schematisch die in Figur 2A dargestellte Vorrichtung bei einer geschlossenen Stellung der Schiebetür,

FIG 3A schematisch eine dritte Vorrichtung zum Bestimmen einer Position einer Schiebetür bei einer geöffneten Stellung der Schiebetür,

FIG 3B schematisch die in Figur 3A dargestellte Vorrichtung bei einer geschlossenen Stellung der Schiebe- tür,

FIG 4A schematisch eine vierte Vorrichtung zum Bestimmen einer Position einer Schiebetür bei einer geöffneten Stellung der Schiebetür,

FIG 4B schematisch die in Figur 4A dargestellte Vorrichtung bei einer geschlossenen Stellung der Schiebetür, und FIG 5 schematisch eine Auswertefunktion zum Bestimmen einer Position der Schiebetür.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Figuren 1A bis 4B zeigen schematisch verschiedene Vorrichtungen zum Bestimmen einer Position eines linear bewegbaren Objektes 1, das in diesen Ausführungsbeispielen eine Schiebetür ist, die linear zwischen einer in den Figuren 1A, 2A, 3A, 4A dargestellten geöffneten Stellung und einer in den Figuren 1B, 2B, 3B, 4B dargestellten geschlossenen Stellung bewegbar ist. Die Bewegungsrichtung der Schiebetür definiert dabei die X-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems mit Koordinaten X, Y, Z.

In der geöffneten Stellung schlägt die Schiebetür an einem ersten Anschlag 2 an. In der geschlossenen Stellung schlägt die Schiebetür an einem zweiten Anschlag 3 an.

Die verschiedenen Vorrichtungen zum Bestimmen der Position der Schiebetür umfassen jeweils eine an die Schiebetür gekop- pelte Kontakteinheit 4 und eine an die Kontakteinheit 4 ge ^¬ koppelte Winkelerfassungseinheit 8. Die Kontakteinheit 4 ist jeweils derart an die Schiebetür und die Winkelerfassungseinheit 8 gekoppelt, dass sie ein von der Position der Schiebe ^¬ tür abhängiges Winkelsignal liefert. Das Winkelsignal wird von der Winkelerfassungseinheit 8 erfasst. Als Winkeler ^¬ fassungseinheit 8 kann dabei ein geeigneter herkömmlicher Winkelsensor verwendet werden, beispielsweise ein Winkelsensor mit einem Absolut-Inkrementalgeber, einer Feder mit po- tentiometrischer, inkrementeller oder magnetischer Winkeler- fassung oder ein magnetischer Winkelsensor.

Das von der Winkelerfassungseinheit 8 erfasste Winkelsignal wird jeweils einer Auswerteeinheit 9 zugeführt und von dieser zur Ermittlung der Position der Schiebetür ausgewertet. Die Winkelerfassungseinheit 8 und die Auswerteeinheit 9 sind der Übersichtlichkeit halber nicht in allen Figuren 1A bis 4B dargestellt .

Zur Auswertung der erfassten Winkelsignale wird jeweils ei- ne Auswertefunktion (X) verwendet, die eine Abhängigkeit des Winkelsignals von der Position der Schiebetür beschreibt.

FIG 5 zeigt schematisch eine Auswertefunktion (X) für alle in den Figuren 1A bis 4B dargestellten Ausführungsbeispiele. Die Position der Schiebetür wird dabei durch die X-Koordinate derjenigen Türkante der Schiebetür definiert, die in der geöffneten Stellung der Schiebetür an dem ersten Anschlag 2 anliegt (in den Figuren 1A bis 4B ist dies jeweils die linke Türkante) . Xo gibt die Position der Schiebetür in der geöff ^¬ neten Stellung an. Χο+ΔΧ gibt die Position der Schiebetür in der geschlossenen Stellung an, d.h. ΔΧ ist der Abstand der geschlossenen Schiebetür von dem ersten Anschlag 2. o be- zeichnet den Wert (Xo) der Auswertefunktion (X) bei geöff ^¬ neter Schiebetür. ο+Δ bezeichnet den Wert (Χο+ΔΧ) der Auswertefunktion (X) bei geschlossener Schiebetür. In allen dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Auswertefunktion (X) monoton und ermöglicht somit, einem erfassten Winkelsig- nal eindeutig eine Position der Schiebetür zuzuordnen.

Die verschiedenen in den Figuren 1A bis 4B dargestellten Vorrichtungen unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Ausbildung der Kontakteinheit 4.

Die Figuren 1A und 1B zeigen eine Vorrichtung, deren Kontakteinheit 4 ein Federelement 5 ist. Das Federelement 5 ist mit einem ersten Ende an die Schiebetür und mit einem zweiten Ende an die Winkelerfassungseinheit 8 gekoppelt, so dass ein Winkel zwischen der Z-Richtung und dem Federelement 5 von der Position der Schiebetür abhängt. Dieser Winkel ist das von der Winkelerfassungseinheit 8 erfasste Winkelsignal .

Die Figuren 2A und 2B zeigen eine Vorrichtung, deren Kontakt- einheit 4 eine Masse 6.1, ein Seil 6.2 und eine Umlenkvor ^¬ richtung 6.3, die als eine Umlenkrolle ausgebildet ist, auf ^¬ weist. Die Masse 6.1 ist über das Seil 6.2 an die Schiebetür gekoppelt und über die Umlenkvorrichtung 6.3 geführt, so dass ein Winkel zwischen der Z-Richtung und demjenigen Abschnitt des Seils 6.2, der zwischen der Umlenkvorrichtung 6.3 und der Schiebetür verläuft, von der Position der Schiebetür abhängt. Dieser Winkel ist das von der Winkelerfassungseinheit 8 er ^¬ fasste Winkelsignal . Bei den in den Figuren 1A bis 2B dargestellten Ausführungsbeispielen kann die von dem Federelement 5 bzw. der Masse 6.1 auf die Schiebetür ausgeübte Kraft lediglich der Positionsbe ^¬ stimmung dienen oder sie kann eine Nutzkraft sein. Im ersten Fall sollte die Kraft möglichst klein sein, um keinen wesent ^¬ lichen Einfluss auf die Bewegung der Schiebetür auszuüben, und dazu z.B. im Bereich von 1 N bis 1,5 N liegen. Als Nutzkraft kann die Federkraft des Federelementes 5 bzw. die Ge- wichtskraft der Masse 6.1 beispielsweise ein Öffnen oder Schließen der Schiebetür ermöglichen oder unterstützen.

Die Figuren 3A und 3B zeigen eine Vorrichtung, deren Kontakteinheit 4 zwei gerade Schenkel 7.1, 7.2 umfasst, die über ein Gelenk 7.3 beweglich miteinander verbunden sind. Dabei ist ein erster Schenkel 7.1 mit einem Ende an die Schiebetür gekoppelt und ein Ende des zweiten Schenkels 7.2 ist fixiert, so dass ein Winkel zwischen den Schenkeln 7.1, 7.2 von der Position der Schiebetür abhängt. Dieser Winkel ist das von der Winkelerfassungseinheit 8 erfasste Winkelsignal .

In einer Abwandlung des in den Figuren 3A und 3B gezeigten Ausführungsbeispiels ist das von der Winkelerfassungsein ^¬ heit 8 erfasste Winkelsignal nicht der Winkel zwischen den beiden Schenkeln 7.1, 7.2, sondern wenigstens einer der Winkel zwischen einem der Schenkel 7.1, 7.2 und der Z-Richtung.

Die Figuren 4A und 4B zeigen eine Vorrichtung, deren Kontakteinheit 4 ein Strukturelement 10 umfasst, welches die Form eines helixartigen Bandes hat und entlang der Bewegungstra- jektorie der Schiebetür angeordnet ist und dessen Helixachse in X-Richtung verläuft. Ein an der Schiebetür angeordnetes Koppelelement 11 wird während der Bewegung der Schiebetür entlang des Strukturelementes 10 geführt. Über dieses Koppel- element 11 wird den Positionen der Schiebetür jeweils ein Ort auf dem Strukturelement 10 und damit ein Winkel entlang der Helix zugeordnet. Dieser Winkel wird als Winkelsignal von der Winkelerfassungseinheit 8 erfasst. Vorzugsweise ändert sich dieser Winkel während der Bewegung der Schiebetür zwi- sehen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung um 180 Grad. Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs ^¬ beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.