DE102009017957B4 - Kompensationsvorrichtung für einen Fahrzeugsitz - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Kompensationsvorrichtung für einen Fahrzeugsitz zum Ausgleich von Vertikalbewegungen eines Sitzes, insbesondere solche, die aus Schwingungen des Sitzes resultieren, die von einer Fahrzeugstruktur, an die der Fahrzeugsitz angebunden ist, auf den Fahrzeugsitz übertragbar sind, mit, zumindest einer Aktuatoreinrichtung, dessen Druckbeaufschlagung mit einem fluiden Medium auf Basis von Informationen eines Sensors von einer elektronischen Regeleinheit betätigbar ist, sowie mit einem Höheneinsteller für eine variable voreinstellbare Höhe des Fahrzeugsitzes.
- Insbesondere Sitze von Nutzfahrzeugen weisen in der Regel einen Höheneinsteller auf, mit dem die Sitzhöhe variabel einstellbar ist sowie eine Kompensationsvorrichtung, mit der vom Fahrzeug auf den Fahrzeugsitz übertragene Fahrbahnunebenheiten ausgeglichen werden sollen. Fahrbahnunebenheiten äußern sich bei einem Benutzer eines Sitzes als unangenehme vertikale Stöße und Schwingungen, die insbesondere die Konzentrations- und Reaktionsfähigkeit eines Fahrers eines Nutzfahrzeugs erheblich beeinträchtigen können und die somit erheblich sicherheitsrelevant sind. Da insbesondere Berufsfahrer ohne eine geeignete Kompensationsvorrichtung derartige Stöße ständig zu ertragen haben, können diese Stöße auch die Gesundheit der Fahrer beeinträchtigen.
- Es existieren deshalb bereits diverse Kompensationsvorrichtungen, mit denen jeweils versucht wird, die Größe der auf den Sitzbenutzer wirkenden Beschleunigungen zu verringern sowie die aus den Stößen resultierenden Schwingungen zu dämpfen. So ist beispielsweise eine Lösung vorbekannt, die als Kompensationsvorrichtung eine als Druckfeder wirkende Luftfeder umfasst, die nach dem Kolben-Zylinder-Prinzip aufgebaut ist, sich bei Luftzufuhr in ihrer Längsrichtung zwischen zwei Einspannstellen ausdehnt und dadurch den Sitz anhebt, bzw. einer aufgrund einer Schwingung erzeugten Kompression der Luftfeder entgegenwirkt. Bei einer Reduktion des Drucks der Luftfeder wird der Sitz entsprechend abgesenkt. Ein Regler erhält von einem Sensor Informationen über die jeweilige Höhe des Sitzes und betätigt zur Erzielung einer vorgegebenen Sollhöhe des Sitzes ein Lageregelventil, bei dem drei Stellungen einstellbar sind, nämlich Zuluft/Abluft/gesperrt.
- Eine weitere vorbekannte Kompensationsvorrichtung geht aus der
DE 10 2004 054 325 B3 hervor. Hier weist ein sogenanntes Federsystem einen Stoßdämpfer und eine Luftfeder auf, deren Härte mittels Druckluft einstellbar ist. Ferner sind ein Ortssensor sowie ein Beschleunigungssensor vorgesehen. Der Beschleunigungssensor misst die Beschleunigung der Sitzfläche, der Ortssensor den Relativweg zwischen der schwingenden Sitzfläche und einem feststehenden Teil. Mit Hilfe der von den Sensoren stammenden Eingangsgrößen wird von einem Kontrollsystem die momentan jeweils optimale Härte der Luftfeder berechnet und mittels Ventilen die Härte variiert, um die Schwingungen zu dämpfen und die Beschleunigungen der Sitzfläche zu reduzieren. Hierzu wird der Feder Luft zugeführt, wenn diese härter werden soll und Luft abgeblasen, wenn diese weicher werden soll. - Sämtliche dieser vorbekannten Lösungen benötigen einen relativ großen technischen Aufwand, der sich sowohl in Bezug auf die Kosten dieser Lösungen als auch auf den Montageaufwand niederschlägt. Zudem müssen sämtliche zur Lageregelung benötigten Komponenten (mechanisch angesteuertes Lageregelventil, Dämpfer, pneumatische Federeinheit) systembedingt im Sitz montiert werden, so dass sowohl das resultierende Gesamtgewicht als auch der benötigte Bauraum nicht zufrieden stellen.
- Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Kompensationsvorrichtung der eingangs genannten Art zu ermöglichen, die mit geringerem technischen Aufwand auskommt.
- Diese Aufgabe wird bei einer Kompensationsvorrichtung der eingangs genannte Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aktuatoreinrichtung zumindest einen nur Zugkräfte ausübenden variabel druckbeaufschlagbaren Zugaktuator aufweist, der bei Druckerhöhung eine Erhöhung der Zugkraft ausführt. Die Aufgabe wird zudem durch einen Fahrzeugsitz nach Anspruch 9 sowie eine Verwendung eines Zugaktuattors gemäß Anspruch 10 gelöst.
- Wie angegeben wirkende Zugaktuatoren sind beispielsweise als sogenannte pneumatische Muskeln® (Marke der Festo AG & Co. KG) oder als McKibben Muskel bekannt geworden. Der McKibben Muskel wurde etwa in den fünfziger Jahren des letzten Jahrhunderts als orthopädisches Hilfsmittel für Poliopatienten entwickelt. Später fanden Weiterentwicklungen statt, um ihn im Bereich der Robotik einzusetzen. Derartige pneumatische Muskeln zeichnen sich dadurch aus, daß sie lediglich Zugkräfte und entgegen herkömmlichen Luftfedern keine Druckkräfte aufbringen und übertragen können. Im Vergleich zu herkömmlichen Luftfedern fallen pneumatische Muskeln – bei im Betrag vergleichbaren Kräften – kleiner und leichter aus und reagieren auf Druckänderungen schneller. Zudem benötigen sie im Betrieb einen geringeren Druck und ein geringeres Luftvolumen. Schließlich benötigen pneumatische Zugaktuatoren gemäß dem Prinzip des pneumatischen Muskels keine bewegten Teile, was zu einer hohen Funktionszuverlässigkeit erfindungsgemäßer Kompensationsvorrichtungen und damit ausgestatten Fahrzeugsitzen führt.
- In einer bevorzugten Weiterbildung kann die erfindungsgemäße Kompensationsvorrichtung auch die Funktion eines Höheneinstellers aufweisen. Hierbei ist vorgesehen, daß die Höheneinstellung durch Einstellung einer bestimmten Zugkraft und damit eines bestimmten Druckes des Zugaktuators vorgenommen wird. Eine Erhöhung des Drucks im Zugaktuator führt damit zu einer Erhöhung der Zugkraft, eine Verringerung des Drucks zu einer Verringerung der Zugkraft. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann der Zugaktuator so angeordnet sein, daß eine Verringerung der Zugkraft zu einer Erhöhung der Sitzhöhe führt. Hierzu kann beispielsweise der Zugaktuator eine für die Sitzhöhenverstellung genutzte vertikale Zugkraftkomponente aufweisen, die den Sitz tendenziell in Richtung auf den Fahrzeugboden zieht. Die Zugkraftkomponente kann in dieser und in anderen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen gegen eine in Bezug auf ihre Größe feste oder variable Druckkraft eines weiteren Bauelements wirken, mit dem die Kompensationsvorrichtung bzw. der Sitz vorgespannt sind. Dieses weitere Bauelement kann beispielsweise eine Druckfeder sein.
- In anderen Ausführungsformen kann zur Vorspannung auch die Gewichtskraft des Sitzes selbst und/oder die eines Benutzers genutzt werden. Hierbei ist es bevorzugt, wenn der Zugaktuator so ausgerichtet ist, daß dessen Zugkraft eine horizontale Komponente aufweist bzw. vollständig horizontal ausgerichtet ist. Eine konstruktiv wenig aufwendige Ausführungsform kann hierzu ein Scherengestell vorsehen, in dem der Zugaktuator mit seinen beiden Enden horizontal ausgerichtet an jeweils einem Ende von einem Schenkel des Scherengestells angeordnet ist. Durch eine Druckerhöhung im Zugaktuator wird hier die Sitzhöhe vergrößert.
- Anders als bei vorbekannten Vorrichtungen kann in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine elektronische Regeleinheit, Bedieneinheit und ein oder mehrere Ventile zur Variierung des Drucks im Aktuator in ein Steuergerät integriert sein. Letzteres muß, anders als bei vorbekannten Vorrichtungen, nicht zwingend unter dem Sitz in unmittelbarer Nähe zur Luftfeder sondern kann auch mit Abstand zum Zugaktuator und auch zum Sitz angeordnet sein. Lediglich der Zugaktuator sollte sich unter dem Sitzteil befinden. Der Zugaktuator kann mit Leitungsmittel mit den Ventilen sowie mit einer Druckluftversorgung oder Pumpe verbunden sein. Hierdurch läßt sich unter dem Sitz zusätzlicher Bauraum gewinnen. Die Möglichkeit das zumindest eine Ventil außerhalb des Sitzes anordnen zu können kann zur Verbesserung des Geräuschverhaltens genutzt werden. Das zumindest eine Ventil kann derart plaziert werden, daß die beim Betrieb bzw. der Regelung auftretenden Geräusche nicht als störend wahrgenommen werden.
- Es hat sich hierbei als vorteilhaft erwiesen, wenn diese Funktionsgruppe zu einem für unterschiedliche erfindungsgemäße Kompensationsvorrichtungen verwendbaren standardisierten Steuergerät zusammengefaßt wird. Durch diese bauliche Konzentration und Standardisierung lassen sich zudem der konstruktive sowie der Montageaufwand weiter reduzieren.
- Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
- Die Erfindung wird anhand von in den Figuren rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, es zeigen:
-
1 eine Prinzipdarstellung eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels; -
2 eine Prinzipdarstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. - In
1 ist ein Fahrzeugsitz1 eines Nutzfahrzeuges rein schematisch dargestellt, der mittels eines Endes einer Kompensationsvorrichtung2 an einen Fahrzeugboden3 angebunden ist. Der Fahrzeugsitz1 weist eine Rückenlehne1a auf, die in an sich bekannter Weise schwenkbar an einem Sitzteil1b angelenkt ist. Der Fahrzeugsitz1 kann mit seinem Sitzteil1b auf einem in vertikaler Richtung beweglichem, in1 jedoch nicht näher dargestellten Gestell, gelagert sein. Es kann sich hierbei beispielsweise um ein Scherengestell handeln, wie es im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel von2 gezeigt ist. Es sind jedoch auch andere Gestellformen möglich. - Die Kompensationsvorrichtung
2 befindet sich zwischen dem Fahrzeugboden3 und dem Sitzteil1b , an dem das andere Ende der Kompensationsvorrichtung2 befestigt ist. Die Kompensationsvorrichtung2 weist eine mechanische Druckfeder4 auf, die eine im wesentlichen vertikal wirkende und in ihrer Größe variable Kraft FF auf den Sitz1 ausübt. Zudem ist die Kompensationsvorrichtung2 mit einem als pneumatischen Muskel ausgebildeten Zugaktuator5 versehen, der parallel zur Druckfeder4 am Sitzteil1b und dem Fahrzeugboden3 befestigt ist. Der Zugaktuator5 ist hier mit einer Zugkraft vorgespannt und derart eingespannt. - Der Zugaktuator
5 weist einen Kontraktionsschlauch6 auf, der aus einem faserverstärkten druckdichten Gummi bestehen kann. Der Kontraktionsschlauch6 kann an seinen Ende jeweils ein Anschlußstück7 ,8 zur Befestigung des jeweiligen Endes am Fahrzeugboden3 bzw. am Sitzteil1b aufweisen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kontraktionsschlauch6 am sitzteilseitigen Ende verschlossen. Am fahrzeugbodenseitigen Ende ist eine Ein- und Auslassöffnung für Druckluft vorhanden. Der Kontraktionsschlauch6 weist die Eigenschaft auf, daß ab einem bestimmten Schwellwert des Innendrucks des Kontraktionsschlauchs eine Druckerhöhung in eine Ausdehnung quer zu seiner Längserstreckung zwischen den beiden Einspannstellen bzw. Anschlußstücken7 ,8 führt. Diese Querausdehnung führt wiederum zu einer Kontraktion des Schlauchs6 in Längsrichtung und damit zu einer Erhöhung der Zugkraft. Eine Abnahme des Innendrucks führt hingegen zu einer Reduzierung der Querausdehnung des Kontraktionsschlauchs6 , was zu einer Verlängerung des Kontraktionsschlauchs in seine Längsrichtung und damit zu einer Abnahme der Zugkraft führt. - Die Kompensationsvorrichtung
2 weist zudem eine elektronische Regeleinheit10 auf. Diese umfaßt einen Höhensensor11 , mit dem die jeweils momentane vertikale Höhe des Sitzteils1b in Bezug auf Nullniveau bestimmt wird. Die Signale des Höhensensors11 werden einer Elektronikeinheit der Regeleinheit10 zugeführt, die diese Signale auswertet und auf Basis dieser Auswertung ein elektronisches Regelventil12 für die Zu- oder Abfuhr von Luft ansteuert. Die Elektronikeinheit kann vorzugsweise einen elektronischen PI- oder PID-Regler enthalten, mit dem das Einschwingverhalten des Sitzes gemäß der Regelungscharakteristik des jeweiligen Reglers beeinflußt wird. Die Elektronikeinheit kann hierbei den Luftdruck im Kontraktionsschlauch6 durch Betätigung des Regelventils12 mit dem Ziel verändern, die Sitzhöhe auf ein bestimmtes vorgegebenes Niveau durch geeignete Anpassung der Zugkraft des Zugaktuators einzuregeln. Beim Regelventil12 können hierzu drei verschiedene Stellungen eingestellt werden, nämlich „Zufuhr von Luft”, „Ablassen von Luft” und „gesperrt”. Ein zusätzlich vorhandenes Abluftventil14 kann nur manuell betätigt werden. Der Zugaktuator5 übt in Abhängigkeit des Drucks im Kontraktionsschlauch6 entgegen der Kraft der Druckfeder4 und der von der Fahrzeugstruktur aufgrund von Fahrbahnunebenheiten wirkenden Kräften eine variable Zugkraft auf den Sitzteil1b aus. - In die Kompensationsvorrichtung
2 ist zudem die Funktion eines Höheneinstellers integriert. Die mittels des Zugaktuators5 einzuregelnde Höhe h des Sitzteils kann hierbei mittels einer Bedieneinheit15 voreingestellt werden. Mit der Bedieneinheit15 wird der Elektronikeinheit eine bestimmbare Höhe h des Sitzteils1b als Sollhöhe vorgegeben, was durch die Elektronikeinheit in Form eines der Höhe h entsprechenden Drucks im Kontraktionsschlauch6 eingestellt wird. Die Kräftebilanz aus der Vorspannung mittels der Druckfeder4 , der Zugkraft des Zugaktuators5 sowie die Gewichtskraft des Sitzes und dessen Benutzers ergibt dann eine resultierende Druckkraft, deren Betrag die Höhe h des Sitzteils bestimmt. Die Elektronikeinheit regelt im Betrieb der Kompensationsvorrichtung2 , bei auftretenden Stößen und Schwingungen, die Differenz der momentanen Isthöhe hist zur Solhöhe hsoll auf Null ein. Bei der Charakteristik des elektronischen Reglers der Regeleinheit10 können hierbei auch Dämpfungseigenschaften berücksichtigt werden, die durch die Menge und den zeitlichen Ablauf der Zu- oder Abführung von Druckluft in oder aus dem Zugaktuator5 realisierbar sind. - Die Elektronikeinheit, die beiden Ventile
12 ,14 sowie die Bedieneinheit15 können als eine bauliche Einheit mit Abstand zum Zugaktuator5 verbaut sein, beispielsweise in einer für einen Zugriff auf die Bedieneinheit15 durch den Benutzers des Sitzes günstigen Position. Diese bauliche Einheit kann dann mittels Druckleitungen für die Pressluft des Zugaktuators5 sowie mittels zumindest einer Signalleitung mit dem Zugaktuator5 verbunden sein. Hierbei können drahtgebundene und/oder drahtlose Signalleitungen als Datenverbindungen vorgesehen sein. - In
2 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem ein Sitzteil21b eines Sitzes21 auf einem Scherengestell24 angeordnet ist und bei dem im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel aus1 für die Kompensationsvorrichtung22 eine Druckfeder entfallen kann. Hier ist der pneumatische Zugaktuator25 zwischen Enden von Schwingen24a ,24b des Scherengestells24 im wesentlichen horizontal befestigt, die sich um ein gemeinsames Gelenk24c gegenläufig bewegen. Eine Druckerhöhung im Zugaktuator25 führt zu einer Verkürzung des Zugaktuators25 in Bezug auf seine Längserstreckung und damit zu einem Aufrichten des Scherengestells24 . Der Sitz21 wird somit angehoben, d. h. die Sitzhöhe wird vergrößert. Bei einer Druckreduzierung wird hingegen die Länge des Zugaktuators25 aufgrund einer Kontraktion in radialer Richtung verlängert. Die Enden der beiden Schwingen24a ,24b bewegen sich somit in entgegengesetzter Richtung auseinander, der Sitz21 wird abgesenkt. Bei dieser Ausführungsform kann die Gewichtskraft des Sitzes21 und/oder eines Benutzers des Sitzes als Vorspannkraft genutzt werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine nicht näher dargestellte Regeleinheit und ein Höhensensor vorgesehen, mit denen auf den Sitz21 einwirkende Schwingungen und Stöße kompensiert und eine variabel einstellbare Sollhöhe eingeregelt wird. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Fahrzeugsitz
- 1a
- Rückenlehne
- 1b
- Sitzteil
- 2
- Kompensationsvorrichtung
- 3
- Fahrzeugboden
- 4
- Druckfeder
- 5
- Zugaktuator
- 6
- Kontraktionsschlauch
- 7
- Anschlußstück
- 8
- Anschlußstück
- 10
- Regeleinheit
- 11
- Höhensensor
- 12
- Regelventil
- 14
- Abluftventil
- 15
- Bedieneinheit
- 21
- Sitz
- 21b
- Sitzteil
- 22
- Kompensationsvorrichtung
- 24
- Scherengestell
- 24a
- Schwinge
- 24b
- Schwinge
- 24c
- Gelenk
- 25
- Zugaktuator
- FF
- Kraft
- H
- Höhe
Claims (11)
- Kompensationsvorrichtung für einen Fahrzeugsitz zum Ausgleich von Vertikalbewegungen eines Sitzes, insbesondere von solchen, die aus Schwingungen des Sitzes resultieren, die von einer Fahrzeugstruktur, an die der Fahrzeugsitz angebunden ist, auf den Fahrzeugsitz übertragbar sind, mit, zumindest einer Aktuatoreinrichtung, dessen Druckbeaufschlagung mit einem fluiden Medium auf Basis von Informationen eines Sensors von einer elektronischen Regeleinheit betätigbar ist, sowie mit einem Höheneinsteller für eine variable voreinstellbare Höhe des Fahrzeugsitzes, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatoreinrichtung zumindest einen nur Zugkräfte ausübenden variabel druckbeaufschlagbaren Zugaktuator (
5 ,25 ) aufweist, der bei Druckerhöhung eine Erhöhung seiner Zugkraft ausführt. - Kompensationsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest einen Sensor (
11 ) zur Bestimmung von Informationen über eine momentane Höhenposition des Sitzes (1 ,21 ). - Kompensationsvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Regeleinheit (
10 ), der von dem zumindest einen Sensor (11 ) Informationen über eine momentane Höhenposition zuführbar sind und mit der unter Einbezug dieser Informationen sowie einer Sollhöhe des Sitzes (1 ,21 ) zumindest ein Ventil (12 ,14 ) zur Variation eines Druckes im Zugaktuator (5 ,25 ) zur Veränderung der momentanen Zugkraft ansteuerbar ist. - Kompensationseinrichtung nach Anspruch zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Druckfeder (
4 ), die zusätzlich zur Zugkraft des Zugaktuators (5 ,25 ) eine Druckkraft bereit stellt. - Kompensationseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (
4 ) zur Vorspannung des Sitzes (1 ,21 ) entgegen zumindest einer Komponente der Zugkraft des Zugaktuators (5 ,25 ) vorgesehen ist. - Kompensationsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Höheneinsteller, mit dem durch Variation eines Druckes im Zugaktuator (
5 ,25 ) eine Zugkraft zur Einstellung einer einstellbaren Höhe variierbar ist. - Kompensationsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Steuergerät, umfassend zumindest eine elektronische Regeleinheit (
10 ), eine Bedieneinheit (15 ) zur manuell eingebbaren Vorgabe einer Sollhöhe (h) des Sitzes sowie zumindest ein Ventil (12 ,14 ) zur Veränderung des Drucks im Zugaktuator (5 ,25 ), wobei das Steuergerät mit Abstand zum Zugaktuator (5 ,25 ) angeordnet ist. - Kompensationsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät mittels Druck- sowie mittels zumindest einer drahtgebundenen und/oder nicht-drahtgebundenen Signalleitung mit dem zumindest einen Zugaktuator (
5 ,25 ) verbunden ist. - Fahrzeugsitz eines Kraftfahrzeugs mit einer Anbindung an eine Fahrzeugstruktur, gekennzeichnet durch eine Kompensationsvorrichtung (
2 ,22 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 8. - Verwendung eines mit einem fluiden Medium druckbeaufschlagbaren Zugaktuators, der zwischen zwei Einspannstellen einspannbar ist und der bei Druckerhöhung eine Vergrößerung einer Zugkraft zwischen seinen beiden Einspannstellen erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugaktuator zur Höhenlagepositionierung eines Fahrzeugsitzes (
1 ,21 ) verwendet wird. - Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugaktuator als Mittel zur Kompensation von auf einen Fahrzeugsitz (
1 ,21 ) wirkende Stößen und Schwingungen vorgesehen ist.
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