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Dokumentenidentifikation DE69810639T2 02.10.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 1010089
Titel MIKROPROZESSORKONTROLLIERTE ANTRIEBSEINHEIT FÜR ELEKTRISCH BETRIEBENE VORRICHTUNG
Anmelder VKR Holding A/S, Soeborg, DK
Erfinder DARUM, Jesper, DK-2605 Br ndby, DK
Vertreter Uexküll & Stolberg, 22607 Hamburg
DE-Aktenzeichen 69810639
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 18.02.1998
EP-Aktenzeichen 989029673
WO-Anmeldetag 18.02.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/DK98/00065
WO-Veröffentlichungsnummer 0098037493
WO-Veröffentlichungsdatum 27.08.1998
EP-Offenlegungsdatum 21.06.2000
EP date of grant 08.01.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.10.2003
IPC-Hauptklasse G06F 13/38
IPC-Nebenklasse H04B 3/54   E05F 15/10   H02P 7/29   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinheit für elektrisch betätigte Vorrichtungen, wie zum Beispiel Türen, Fenster, Abschirmvorrichtungen und dergleichen, umfassend ein für stationären Einbau ausgebildetes Antriebseinheit-Gehäuse enthaltend ein zum Anschluss an die betätigte Vorrichtung vorgesehenes und an einem reversierbaren Antriebsmotor mit einem zugehörigen Motorsteuerkreis gekoppeltes Bewegungsübertragungselement, welche Antriebseinheit als programmgesteuerte Einheit ausgestaltet ist, wobei der Motorsteuerkreis einen Mikroprozessor mit zugehörigem reprogrammierbarem Speicher, der Betriebsparameter für den Antriebsmotor enthält, auf weist.

Solche mikroprozessorgesteuerten Antriebseinheiten sind in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt, unter anderem aus den US- Patenten Nr. 5,285,137 und 5,371,447 und, aus den EP-Patent-Anmeldungen Nr. 0 493 322 und 618 338 und sind für den Zweck entwickelt worden, einen zuverlässigen elektrischen Betrieb, insbesondere von Fenstern, die für den manuellen Betrieb schwer zugänglich sind, zu sichern.

In einer Vorhang-Antriebseinheit, die aus dem US-Patent Nr. 5,371,447 bekannt ist, wird eine EPROM-Einheit in Verbindung mit dem Mikroprozessor für das Speichern eines Betriebsprogramms verwendet, das vorbestimmte Daten für die Vorhangpositionen und die Bewegungszeiten umfasst.

In einem Türsteuerungssystem, bekannt aus GB-A-2 202 967, wird der Motor durch einen Mikrocomputer entsprechend einem Programm gesteuert, das in einem Einsteck-EPROM enthalten ist. Der EPROM enthält unter anderem ein vorprogrammiertes Türöffnungsprofil.

In einer Fensterantriebseinheit, bekannt aus dem US-Patent Nr. 5,282,137, ist ein Steuerprogramm in einem internen ROM in dem Mikroprozessor gespeichert, welcher über eine Schnittstelleneinheit teilweise durch Fernsteuerung und teilweise durch Signale von verschiedenen externen Sensoren, wie zum Beispiel einem Regensensor, gesteuert werden kann.

Gleichermaßen ist in einem Vorhangantrieb, bekannt aus der EP- Patentanmeldung Nr. 0 493 322 ein EPROM mit einem Mikroprozessor verbunden, um Informationen über die Bewegungsrichtung zu speichern, die durch einen früheren Betrieb aktiviert ist.

In einem Steuerschaltkreis, bekannt aus der EP-Patentanmeldung Nr. 0 618 338, der für eine Anzahl von Antriebseinheiten gebräuchlich ist, die Riegel- oder Bolzen-Öffnungs-Antriebseinheiten sowie Öffnungs-/Schließ-Antriebseinheiten verwenden, wird ein interner Speicher in einem Mikroprozessor zum Speichern von Identifizierungsinformationen über die Typen der angeschlossenen Antriebseinheiten, zusammen mit Daten, die aus einer Auslöseprozedur zum Bestimmen der Dauer einer vollständigen Öffnungs- oder Schließbewegung, verwendet.

EP-A-650 267 offenbart ein Verfahren zum Übertragen von Daten in einen Halbleiterspeicher und aus ihm heraus über die Speicheranschlüsse. Der Hauptzweck ist dabei, die Anzahl der Anschlüsse zu verringern, um die Miniaturisierung zu erleichtern.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Antriebseinheit der angeführten Art zur Verfügung zu stellen, die insbesondere dadurch charakterisiert ist, dass sie leicht für verschiedene Anwendungen angepasst werden können, z. B. für verschiedene Fenstertypen oder für das Einstellen in Reaktion auf auftretende. Belastungsveränderungen, z. B. Windbelastungen, welche insbesondere die Funktion der Antriebseinheiten für große Fensterrahmen oder die Fertigungstoleranzen in den mechanischen Teilen der Antriebseinheit beeinflussen können, die selbst nach dem Einbau neu eingestellt werden können.

Diese und andere Vorteile werden gemäß der Erfindung durch eine Antriebseinheit der angeführten Art erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Speicher von außen über die Stromzufuhrleiter zu der Antriebseinheit mit Hilfe einer externen Programmierungsvorrichtung über eine Schnittstelleneinheit programmiert und re-programmiert werden kann, welche bei Anschluss an die Stromzufuhrleiter den Mikroprozessor in einen von dem normalen Betriebszustand abweichenden Programmierungszustand bringt, in welchem Zustand Daten zwischen dem Mikroprozessor und der externen Programmierungseinheit ausgetauscht werden können.

Vorteilhafte Ausführungen für eine solche Antriebseinheit sind in den Unteransprüchen angeführt.

Nachfolgend wird die Erfindung ausführlicher unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung erläutert, die zeigen in

Fig. 1 ein Blockdiagramm, welches die Hauptkomponenten einer Fensterantriebseinheit gemäß der Erfindung darstellt,

Fig. 2 die Verbindung der Antriebseinheit mit einer externen Programmier Vorrichtung,

Fig. 3 die Gestaltung einer Schaltung in der Antriebseinheit für die Verwendung beim Austausch von Daten zwischen der Antriebseinheit und der externen Programmiervorrichtung, und

Fig. 4 die Gestaltung der Schaltung für die Begrenzung des Stromverbrauchs einer Weiterentwicklung der Antriebseinheit.

Die Antriebseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der in der Zeichnung dargestellten Ausführung als eine geschlossene, autonome Einheit ausgestaltet, die in Verbindung mit einer Ket tenantriebseinheit der gut bekannten Art für das Öffnen und Schließen von verschiedenen Fenstertypen, insbesondere von Dachfenstern zu verwenden ist.

Die Antriebseinheit weist als Hauptkomponenten einen umsteuerbaren elektrischen Antriebsmotor 1 auf, der über eine eingebaute Transmission 2 mit einem Antriebselement für das Einstellelement der Antriebseinheit, z. B. mit einem Kettenrad 3, das mit einer Kette 4 eingreift, die an einem Ende mit einem Fensterrahmen verbunden ist, während der Motor 1, die Transmission 2 und das Kettenrad 3 zusammen mit dem Kettenteil 4 in Eingriff damit und die elektronischen Komponenten in der Antriebseinheit in ein Gehäuse 5 eingebaut sind, das mit der Rahmenkonstruktion des Fensters verbunden ist.

Für die Steuerung aller Betriebsfunktionen enthält die Antriebseinheit einen Mikroprozessor 6, dessen Steuerprogramme in einem internen ROM gespeichert sind. An den Mikroprozessor 6 ist ein reprogrammierbarer EEPROM 7 angeschlossen, in dem die Betriebsparameter der Funktion der Antriebseinheit in der aktuellen Anwendung gespeichert sind. Die Stromzufuhr zu der Antriebseinheit erfolgt über zwei Stromzuführungsleiter 8 und 9, die an eine Betriebstastatur 10 angeschlossen werden können und die in der Antriebseinheit mit einem Spannungsregler 11 verbunden sind, der eine Zufuhrspannung Vcc zu dem Mikroprozessor 6 liefert. Darüber hinaus sind andere elektronische Komponenten in der Antriebseinheit über eine Richtungs-Schnittstellenschaltung 12 und eine Daten-Auslese-Schaltung 13 an den Mikroprozessor 6 angeschlossen.

Die Stromzuführungsleiter 8 und 9 sind ferner mit einer Motortreiberschaltung 14 verbunden, die durch den Mikroprozessor 6 gesteuert wird und die das Anschalten und Abschalten zusammen mit der Drehrichtung des Motors 1 steuert.

Der Mikroprozessor 6 kann darüber hinaus mit einem IR-Empfänger (Infrarot-Empfänger) 15 für die Verwendung in der Fernsteuerung der Antriebseinheit von einer IR-Fernsteuereinheit einer an sich bekannten Art verbunden sein.

Gemäß der Erfindung ist die Antriebseinheit für das Austauschen von Daten mit einer externen Programmierungseinheit ausgestaltet, die, wie in Fig. 2 dargestellt, ein tragbarer Personalcomputer 16 sein kann, der über eine Schnittstelleneinheit 17 mit den Stromzuführungsleitern 8 und 9 der Antriebseinheit verbunden ist, welche im Betriebszustand mit einer Gleichstromspannung versorgt wird, z. B. mit einer vollweg-gleichgerichteten Versorgungsspannung, deren Polarität die Drehrichtung des umsteuerbaren Motors 1 der Antriebseinheit bestimmt.

In der in Fig. 2 dargestellten Programmiereinrichtung ist die Schnittstelle 17 für das Schalten der Polarität der Stromzufuhrleiter 8 und 9 bei einer Frequenz angepasst, die wesentlich höher ist, als die Netzfrequenz, z. B. 10 kHz, wodurch die Antriebseinheit in einen Programmierungszustand oder Datenaustauschzustand gebracht wird, der von dem normalen Betriebszustand abweicht, wie es nachfolgend erläutert wird.

In der Antriebseinheit enthält, wie in Fig. 3 dargestellt ist, die Richtungs-Schnittstellenschaltung 12, die mit den Stromzufuhrleitern 8 und 9 verbunden ist, zwei RC-Kopplungen 18 und 19, von denen jede mit einer der Stromzufuhrleiter 8 und 9 verbunden ist. Die Richtungs-Schnittstellenschaltung 12 gibt zu den beiden Eingängen 20 und 21 an dem Mikroprozessor 6 Richtungs-Steuersignale aus, welche im normalen Betriebszustand eindeutig durch die Polarität der Stromzufuhrleiter 8 und 9 bestimmt sind und welche die Drehrichtung des Motors 1 bestimmen.

Beispielsweise ist, wenn der Stromzufuhrleiter 8 im Vergleich zu dem Stromzufuhrleiter 9 positiv ist, der Kondensator in der RC- Kopplung 18 durch den zugehörigen Widerstand aufgeladen, während der Kondensator in der RC-Kopplung 19 durch den zugehörigen Widerstand entladen ist, wodurch ein Richtungs-Steuersignal mit dem logischen Wert "1" an den Eingang 20 ausgesendet wird, wäh rend an den Eingang 21 ein Richtungs-Steuersignal mit dem logischen Wert "0" ausgesendet wird. Wenn andererseits der Stromzufuhrleiter 9 im Vergleich zu dem Stromzufuhrleiter 8 positiv ist, nehmen die Richtungs-Steuersignale an den Eingängen 20 und 21 die logischen Werte "0" bzw. "1" an.

Beim Umschalten der Polarität der Stromzufuhrleiter 8 und 9 bei einer relativ hohen Frequenz, das in dem Programmierungs- und Datenaustauschzustand erfolgt, sind die Kondensatoren in beiden RC-Kopplungen 18 und 19 entladen, so dass die zu den Eingängen 20 und 21 des Mikroprozessors ausgesendeten Signale beide einen Nullpegel, der dem logischen Wert "0" entspricht, annehmen, wodurch der Mikroprozessor in den Programmierungs- oder Datenaustauschzustand gebracht wird.

Nach dem Abschluss der Programmierung oder des Datenaustausches und nach dem Abschalten der Programmierungs- und Schnittstelleneinheiten 16 und 17 kann der Mikroprozessor nur durch eine separate Rückstelloperation in den normalen Betriebszustand zurückgebracht werden, z. B. durch Erteilen eines Ende-Befehls an dem tragbaren Personalcomputer 16.

In dem Programmierungs- oder Datenaustauschzustand können durch das Eingeben geeigneter Befehle an dem tragbaren Personalcomputer 16 von diesem an den Mikroprozessor 6 und den daran angeschlossenen EEPROM 7 entweder Daten übertragen werden, die vorbestimmte Parameterwerte darstellen oder es können in dem EEPROM 7 oder in dem Mikroprozessor 6 gespeicherte Daten an den tragbaren Personalcomputer 16 übertragen werden.

Die Datenübertragung von dem tragbaren Personalcomputer 16 zu dem Mikroprozessor 6 kann z. B. dadurch erfolgen, dass die in den tragbaren Personalcomputer 16 eingegebenen Befehle in der Schnittstelleneinheit 17 in Bitmuster umgewandelt werden, die durch Schalten der Polarität der Stromzufuhrleiter 8 und 9 bei einer geeigneten niedrigen Frequenz, die einer Bitrate ent spricht, die für das Empfangen und Dekodieren der Informationen geeignet ist, zu der Antriebseinheit übertragen werden.

Beispielsweise können die Daten zu einer Schnittstelleneinheit 17 durch eine Standard-NRZ-Bit-Codierung von dem seriellen Anschluss an dem tragbaren Personalcomputer 16 übertragen werden. Somit wird eine Übertragungsrate von 300 Baud, die eine maximalen Pulsrate von 150 Hz entspricht, erreicht. Die übertragenen Bitmuster können dann durch die RC-Kopplungen 18 und 19 dekodiert und von dort zu den Eingängen 20 und 21 des Mikroprozessors 6 anstelle der Richtungs-Steuersignale, die im normalen Betriebszustand geliefert werden, geleitet werden.

In dem Mikroprozessor 6 ist ein Anschluss 22 mit dem EEPROM 7 verbunden.

Das Übertragungsprotokoll für das Übertragen der Parameterinformationen von dem tragbaren Personalcomputer 16 zu dem Mikroprozessor 6 kann in Rahmen oder Seiten von je 8 Bytes erfolgen, die aus einer seriell übertragenen Bitkette von 8 Bits bestehen. Zu Beginn der Übertragung wird zunächst ein Byte in dem ersten Rahmen mit einer Anweisung oder einem Befehl über die gestartete Übertragung übertragen, gefolgt von einem Byte, welches den Parameter identifiziert, der nachfolgend gelesen wird und zur Adressierung beim Schreiben in den EEPROM 7 dient, und von einem oder mehreren Steuerbytes. Nach einer Pause, welche der Restdauer des ersten Rahmens oder der ersten Seite entspricht, wird die aktuelle Parameterinformationen in den 8 Bytes in dem folgenden Rahmen übertragen, wonach im nächsten Rahmen die Ende-Information für den Steuerrahmen übertragen wird. Die übertragenen Parameterdaten werden in einem RAM in dem Mikroprozessor zwischengespeichert, bevor sie in dem EEPROM 7 gespeichert werden, der zum Beispiel eine Kapazität von 16 Rahmen oder Seiten von 8 Bytes oder insgesamt von 128 Bytes auf weist.

Das Programmieren und Reprogrammieren der relevanten Betriebsparameter kann dann in Verbindung mit der Produktion von An triebseinheiten gemäß der Erfindung und in späteren Zeiten, z. B. in Verbindung mit der Endmontage erfolgen. In Verbindung mit der Produktion kann das Programmieren normalerweise die Seriennummern und die Eichkonstanten zusammen mit bestimmten Funktionsparametern umfassen, während in der Endmontage normalerweise Betriebsparameter programmiert werden, die sich in Abhängigkeit vom Typ des Fensters, für den die Antriebseinheit verwendet werden soll, verändern und von den Arbeitsbelastungen, denen die Antriebseinheit erwartungsmäßig ausgesetzt sein wird und die normalerweise den maximalen Zug, die maximale Geschwindigkeit oder Leistung oder den maximalen Öffnungsgrad des Fensters umfassen können.

Wie vorher bereits erwähnt, kann in dem Programmierungs- oder Datenaustauschzustand ein Auslesen von Daten aus der Antriebseinheit zu dem tragbaren Personalcomputer 16 ebenfalls erfolgen, z. B. mit dem Ziel, die programmierten Betriebsparameter zu überprüfen oder Daten auszulesen, die in der Antriebseinheit aufgezeichnet sind.

Das Auslesen der Daten von dem Mikroprozessor 6 erfolgt durch Verbinden und Trennen des in Fig. 3 dargestellten Belastungswiderstands 23 durch einen Transistorschalter 24 gemäß dem auszulesenden Bitmuster. Die dadurch verursachten Veränderungen in dem Strom, der von der Antriebseinheit den Stromzufuhrleitungen 8 und 9 entnommen wird, können in der Schnittstelleneinheit 17 registriert und in ein digitales Signal umgewandelt werden, das nach einer geeigneten Pegelumwandlung zu dem seriellen Anschluss an dem tragbaren Personalcomputer 16 geleitet wird.

Das Auslesen der Daten erfolgt durch das Übertragen einer Anweisung oder eines Befehls von dem tragbaren Personalcomputer 16.

Während des Normalbetriebs steuert der Mikroprozessor 6 die Drehrichtung des Motors 1, der ein Gleichstrommotor ist, durch Aktivieren eines der beiden Paare von Feldeffekttransistoren 25, 26 oder 27, 28 in der Treiberschaltung 14, während der Strom und die Spannung zu dem Motor durch Pulsbreitenmodulation in einem PWM-Modulator 29 gesteuert werden, der zwischen den Mikroprozessor 6 und die Feldeffekttransistoren 25, 26 oder 27, 28 geschaltet ist. Die durch die Motorspannung bestimmte Drehzahl des Gleichstrommotors 1 wird durch den Mikroprozessor durch Messungen der Motorspannung mit Hilfe eines Widerstandnetzwerks mit den Widerständen 30, 31 und 32 überwacht, während das Drehmoment des Motors durch Spannungsmessung über einen Stromsensorwiderstand 33 überwacht wird. Um den Motor unabhängig von dem Drehmoment bei einer normalen konstanten Drehzahl zu halten, wird die mit Hilfe des Widerstandnetzwerks 29-31 gemessene Spannung für den Spannungsabfall über den Innenwiderstand des Motors, berechnet durch den gemessenen Motorstrom, kompensiert. Der den Stromzufuhrleitern 8 und 9 entnommene Strom kann somit durch Multiplizieren des gemessenen Motorstroms mit dem Tastgrad des pulsbreitenmodulierten Signals berechnet werden.

Die Programmsteuerung in dem Mikroprozessor verwendet einen Einstellalgorithmus, der vorrangig versucht, eine konstante Motordrehzahl einzuhalten, selbst wenn der Motor sich verändernden Belastungen ausgesetzt ist, so dass ein gespeicherter maximaler Stromverbrauch nicht überschritten wird.

Solange der Motorstrom oder der Stromverbrauch nicht die programmierten maximalen Werte erreicht hat, gilt für die Spannung Vm über die Motoranschlüsse

Vm = Ve + k·Rm·Im

Darin ist Ve die EMF (elektromotorische Kraft) des Motors, In, ist der Motorstrom, Rm ist der innere Widerstand des Motors und k eine Konstante, die aus Stabilitätsgründen kleiner als 1 ist.

Wenn der Stromverbrauch das programmierte Maximum erreicht, wird die Motorspannung durch die Steuerung des pulsbreitenmodulierten Signals verringert, so dass der Motorstrom sich auf das programmierte Maximum verringert, wodurch die Motordrehzahl verringert wird.


Anspruch[de]

1. Antriebseinheit für elektrisch betätigte Vorrichtungen wie Türen, Fenster, Abschirmvorrichtungen und dergleichen, umfassend ein für stationären Einbau ausgebildetes Antriebseinheit-Gehäuse (5) enthaltend ein zum Anschluss an die betätigte Vorrichtung vorgesehenes und an einen reversierbaren Antriebsmotor (1) mit einem zugehörigen Motorsteuerkreis gekoppeltes Bewegungsübertragungselement (4), welche Antriebseinheit als programmgesteuerte Einheit ausgestaltet ist, wobei der Motorsteuerkreis einen Mikroprozessor (6) mit zugehörigem reprogrammierbarem Speicher (7), der Betriebsparameter für den Antriebsmotor (1) enthält, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (7) von aussen über die Stromzufuhrleiter (8, 9) zu der Antriebseinheit mit Hilfe einer externen Programmierungsvorrichtung (16) über eine Schnittstellen-Einheit (17) programmiert und re-programmiert werden kann, welche bei Anschluss an die Stromzufuhrleiter (8, 9) den Mikroprozessor in einen von dem normalen Betriebszustand abweichenden Programmierungszustand bringt, in welchem Zustand Daten zwischen dem Mikroprozessor (6) und der externen Programmierungseinheit (16) ausgetauscht werden können.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, in der die Umlaufrichtung des Antriebsmotors (1) bei normalem Betriebszustand durch die Polarität einer Gleichspannung auf den Stromzufuhrleitern (8, 9) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Programmierungszustand einen Polaritätswechsel der Stromzufuhrleiter (8, 9) bei einer Frequenz, die wesentlich höher ist als die Netzfrequenz, umfasst.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (6) zum Aufzeichnen von Daten unter Betrieb der Antriebseinheit vorgesehen ist, und in diesem Programmierungszustand solche Daten und/oder gespeicherte Betriebs parameter aus dem re-programmierbaren Speicher (7) durch mikroprozessor-gesteuerte Verbindung oder Unterbrechung eines an die Stromzufuhrleiter (8, 9) angeschlossenen Belastungswiderstandes (23) auslesen kann.

4. Antriebseinheit nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherten Betriebsparameter einen vorausbestimmten maximalen Zufuhrstrom für den Antriebsmotor (1) der Einheit umfassen, dass an den Mikroprozessor (6) Mittel zum Überwachen von Spannung und Strom zum Motor angeschlossen sind, und dass der Mikroprozessor (6) zum Berechnen des laufenden Maximumstroms auf Basis des gemessenen Motorstroms, sowie bei Überschreiten des gespeicherten maximalen Zufuhrstroms zum Starten einer Justierung der Motorspannung zur Reduzierung des Zufuhrstroms auf den gespeicherten maximalen Wert programmiert ist.

5. Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Strom und Motorspannung (1) durch Pulsbreitenmodulation gesteuert sind, und dass der laufende Zufuhrstrom durch Multiplikation des gemessenen Motorstroms mit dem Tastgrad des pulsbreitenmodulierten Signals berechnet wird.

6. Antriebseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Justieren der Motorspannung durch Steuerung des pulsbreitenmodulierten Signals vorgenommen wird.







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