DE102014013674B4

DE102014013674B4 - Befüllsystem zum Befüllen von Hohlkörpern, Verfahren zum Betrieb eines Befüllsystems und Kraftfahrzeugsitzsystem

Info

Publication number: DE102014013674B4
Application number: DE102014013674.4A
Authority: DE
Inventors: Rainer Gerding; Jürgen Santl
Original assignee: Faurecia Automotive GmbH
Current assignee: Faurecia Autositze GmbH
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2034-09-17
Also published as: DE102014013674A1

Abstract

Befüllsystem zum Befüllen von Hohlkörpern, insbesondere Blasen, in Kraftfahrzeugsitzen mit einem Fluid, insbesondere Luft, wobei das Befüllsystem eine Axialkolbenpumpe (1), einen Antriebsmotor (2), der die Pumpe (1) antreibt, eine Druckleitung (5) zum Anschluss der Pumpe (1) an einen zu befüllenden Hohlkörper sowie Steuer- und Auswertmittel (3) zur Ermittlung und/oder Steuerung der Drehzahl des Motors (2) aufweist, wobei das Befüllsystem weiter eine Druckerfassungseinrichtung (4) aufweist, die dazu ausgelegt ist, den Druck in der Druckleitung (5) zu messen und entsprechende Druckmesswerte an die Steuer- und Auswertmittel (3) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswertmittel (3) dazu ausgelegt sind, auf Hubvorgänge der Axialkolbenpumpe (1) zurückzuführende Schwankungen der erhaltenen Druckmesswerte zu erkennen und daraus die Drehzahl des Motors (2) zu ermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft ein Befüllsystem zum Befüllen von Hohlkörpern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Befüllsystems nach dem Oberbegriff von Anspruch 3. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeugsitzsystem gemäß Anspruch 9.
Befüllsysteme zum Befüllen von Hohlkörpern kommen insbesondere in Kraftfahrzeugsitzsystemen zum Einsatz. Ein solches ist zum Beispiel aus DE 10 2010 022 020 A1 bekannt. Die Kraftfahrzeugsitze weisen häufig mit Fluid – zumeist mit Luft – befüllbare Hohlkörper wie Blasen auf, die zur Sitzverstellung, etwa in den Seitenwangen oder im Lordosenbereich, oder auch zu Massagezwecken dienen. Um eine Verstellung durchzuführen, müssen die Blasen befüllt bzw. entleert werden. Dazu dienen gattungsgemäße Befüllsysteme. Soweit hier von einem „Befüll”-System die Rede ist, so ist damit ein System gemeint, mittels dessen ein Hohlkörper befüllt (also mit Fluid gefüllt) oder/und entleert (das Fluid wird zumindest teilweise wieder aus dem Hohlkörper abgezogen) wird. Diese Befüllsysteme weisen, wie in DE 10 2010 022 020 A1 , eine über einen Motor angetriebene Pumpe, zumeist eine Axialkolbenpumpe, auf, deren Druckleitung an den Hohlkörper angeschlossen ist.
Durch unterschiedliche Belastungen im Betrieb solcher Pumpen schwankt die Drehzahl des Pumpenmotors, was zu störenden Geräuschen führt. Man behebt dieses Problem damit, dass man die Drehzahl der Pumpe regelt. In DE 10 2010 022 020 A1 wird hierzu vorgeschlagen, die Drehzahl der Pumpe mittels eines Hallsensors oder einer Rippelstrommessung mittels eines Steuer- und Auswertmittels zu ermitteln und entsprechend einer Sollvorgabe nachzuregeln.
Im Bereich der Kraftfahrzeugindustrie werden Pumpen mit entsprechenden Elektromotoren in großer Stückzahl benötigt. Solche Motoren enthalten in der Regel weder einen Hallsensor, noch sind sie für Rippelmessungen ausgelegt. Folglich sind die in DE 10 2010 022 020 A1 vorgeschlagenen Motoren für die Massenproduktion zu teuer.
Ein gattungsgemäßes Befüllsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus US 2007/0 000 559 A1 bekannt, bei welchem eine Druckerfassungseinrichtung vorgesehen ist, welche den Druck in der Druckleitung eines Befüllsystem messen und diesen auswerten kann. Dieser Messwert wird zur Messung des Innendrucks in einem Hohlkörper verwendet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Befüllsystem und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen zur Verfügung zu stellen, mit denen eine Drehzahlerfassung und Drehzahlregelung mit handelsüblichen Elektromotoren möglich ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Befüllsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 3 und ein Kraftfahrzeugsitzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
Die Erfindung geht dabei von folgendem Gedanken aus: die verwendete Axialkolbenpumpe führt Hübe aus, die druckseitig als Druckschwankungen abgebildet werden können. Dabei steigt in der Regel während eines Hubzyklus der Druck zunächst auf ein Maximum an und fällt anschließend auf einen Minimalwert wieder ab. Dieser Vorgang wiederholt sich bei jedem Hubvorgang von neuem, so dass man in der Druckleitung mittels einer Druckmessvorrichtung einen wellenförmig schwankenden Druckverlauf über der Zeit messen kann. Ist die Zahl der Hubzyklen pro Motorumdrehung der Pumpe bekannt, so lässt sich aus dem gemessenen Druckverlauf die Drehzahl des Motors bestimmen.
Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Befüllsystem eine Druckerfassungseinrichtung aufweist, die dazu ausgelegt ist, den Druck in der Druckleitung zu messen und entsprechende Druckmesswerte an das zum Befüllsystem gehörende Steuer- und Auswertmittel zu übertragen. Letzteres ist dabei so ausgelegt, die auf Hubvorgänge der Axialkolbenpumpe zurückzuführenden Schwankungen der erhaltenen Druckmesswerte zu erkennen und daraus die Drehzahl des bevorzugt als Elektromotor ausgebildeten Motors zu ermitteln.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die erkannte Drehzahl als Istgröße im Befüllsystem zum Regeln der Drehzahl auf einen Sollwert verwendet wird. Dazu ist dann vorgesehen, dass die Steuer- und Auswertmittel mit dem Motor gekoppelt und so ausgelegt sind, dass sie die Drehzahl des Motors herabsetzen oder heraufsetzen können. Der Sollwert für die Drehzahl wird dabei entsprechend vorgegeben.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Befüllsystems werden folgende Schritte ausgeführt:

a. Erfassen von Druckwerten über die Druckerfassungseinrichtung auf der Druckseite der Pumpe;
b. Übertragen der erfassten Druckwerte an die Steuer- und Auswertmittel;
c. Auswerten der an die Steuer- und Auswertmittel übertragenen Druckwerte durch Auswerten von auf den Hubvorgang der Pumpe zurückzuführenden zeitlichen Druckschwankungen;
d. Ermitteln der Drehzahl des Motors der Pumpe aus den in Schritt c. ausgewerteten Druckschwankungen.

Die Ermittlung der Drehzahl aus den Druckschwankungen erfolgt dabei bevorzugt aus den vorgegebenen Motordaten, insbesondere der Zahl der Hubzyklen der Pumpe pro Motorumdrehung.
Zur Ermittlung der Druckschwankungen kann z. B. vorgesehen sein, dass in Schritt c. die Steigung einer aus den erfassten Druckwerten gebildeten Kurve des Druckes abhängig von der Zeit ausgewertet wird. Die Steigung der gemessenen Druckkurve liefert einen Hinweis darauf, ob die Druckkurve ansteigt oder abfällt. Da ein Hubzyklus im Wesentlichen sowohl einen Anstieg der Druckkurve als auch einen Abfall derselben beinhaltet, kann z. B. aus einem Vorzeichenwechsel der Steigungswerte auf einen Hubzyklus zurückgeschlossen werden. Dazu wird bevorzugt aus dem zeitlichen Verlauf der Steigung die Anzahl der Vorzeichenwechsel der Steigung pro Zeiteinheit ermittelt. Diese Anzahl der Vorzeichenwechsel ist für die Anzahl der Hubzyklen in dem betreffenden Zeitintervall repräsentativ und liefert zusammen mit den vorgegebenen Daten der verwendeten Pumpe (Zahl der Hubzyklen pro Motorumdrehung) die momentane Drehzahl.
Auch andere Auswertungen der Druckschwankungen sind möglich, z. B. können auch lediglich Druckanstiege oder lediglich Druckabfälle detektiert und analysiert werden. Abhängig davon, wo die Druckerfassungseinrichtung angeordnet ist, kann sich die Druckschwankung etwa in einem treppenartigen Anstieg oder Abfall des Drucks als Funktion der Zeit äußern, wobei jede erfasste Treppenstufe bzw. jeder Sprung dann bei der Auswertung z. B. einem (weiteren) Hubzyklus zugeordnet werden kann. Aus der Anzahl der Sprünge der Druckkurve kann dann, wie aus den Vorzeichenwechseln im obigen Beispiel, auf die Drehzahl der Pumpe geschlossen werden.
Weiter kann die Erfindung in einem Kraftfahrzeugsitzsystem mit einem Kraftfahrzeugsitz, in dem wenigstens ein befüllbarer Hohlkörper vorgesehen ist, sowie mit einem an den wenigstens einen Hohlkörper angeschlossenen, oben beschriebenen Befüllsystem eingesetzt werden. Das Befüllsystem führt dabei bevorzugt das oben beschriebene Verfahren durch.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 3 näher erläutert.
1 – zeigt ein schematisches Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Befüllsystems,
2 – zeigt einen typischen zeitlichen Druckverlauf in der Druckleitung der Pumpe,
3 – zeigt eine beispielhafte Schnittdarstellung einer Axialkolbenpumpe.
Das Befüllsystem weist eine Axialkolbenpumpe 1 auf, die im gezeigten Beispiel durch einen Elektromotor 2 angetrieben wird.
Die Pumpe 1, für die eine beispielhafte Ausführung in 3 gezeigt ist, führt pro Umdrehung des Motors 2 eine vorgegebene Anzahl von Hüben aus; in 3 sind es z. B. vier Hübe pro Umdrehung des Motors. Diese werden durch Bewegungen von Mem-branen erzeugt, welche durch das Drehelement 1a bewirkt werden. Das Drehelement 1a wird über die Antriebswelle 2a des Motors 2 über ein auf der Welle 2a sitzendes Exzenterelement 1b angetrieben und übt eine Pleuelbewegung aus, so dass die einzelnen Axialkolben bzw. Membranen der Pumpe 1 nacheinander betätigt werden.
Durch die geschilderten Hubzyklen (im Fall von 3 vier Stück) steigt während jedes Hubes der Druck in der Druckleitung 5 hinter der Pumpe 1 zunächst an, durchläuft ein Maximum (Max) und fällt wieder ab bis auf einen Minimalwert (Min), bevor der nächste Hubzyklus beginnt. Misst man den Druck in der Druckleitung 5 (vgl. 1), mit einer Druckmesseinrichtung 4 über die Zeit, so erhält man einen Druckverlauf, wie er in 2 gezeigt ist. Man erkennt dort, dass jeder Zyklus durch eine zu einem Maximum (Max) ansteigende Flanke (vgl. Intervall I) und eine darauf folgende bis auf ein Minimun (Min) abfallende Flanke gekennzeichnet ist. Durch Auswerten dieser Druckmesswerte bzw. Druckkurve mittels eines Steuer- und Auswertmittels 3 (vgl. 1) kann die Anzahl der Hubzyklen pro Zeiteinheit bestimmt werden, etwa indem man die Steigungen (mathematisch die erste Ableitung der in 2 gezeigten Kurve) bestimmt und ermittelt, wie oft pro Zeiteinheit sich das Vorzeichen der Steigung ändert. Da die Daten der Pumpe 1 bekannt sind, d. h. die Anzahl der Hubzyklen pro Umdrehung, kann aus der Frequenz der Hubzyklen pro Zeit die momentane Drehzahl des Motors 2 berechnet werden.
Das Steuer- und Auswertmittel 3 ist mit dem Motor 2 der Pumpe 1 gekoppelt, so dass bei Bedarf der Motorstrom verändert werden kann, um die Drehzahl zu erhöhen oder abzusenken und die Drehzahl so mittels des Steuer- und Auswertmittels 3 auf einen Sollwert einzuregeln. Das Steuer- und Auswertmittel 3 ist bevorzugt als Einheit ausgebildet, es kann aber auch durch miteinander kommunizierende, voneinander separat ausgeführte Steuerungs-, Regel- und Auswerteeinheiten gebildet werden.

Claims

Befüllsystem zum Befüllen von Hohlkörpern, insbesondere Blasen, in Kraftfahrzeugsitzen mit einem Fluid, insbesondere Luft, wobei das Befüllsystem eine Axialkolbenpumpe (1), einen Antriebsmotor (2), der die Pumpe (1) antreibt, eine Druckleitung (5) zum Anschluss der Pumpe (1) an einen zu befüllenden Hohlkörper sowie Steuer- und Auswertmittel (3) zur Ermittlung und/oder Steuerung der Drehzahl des Motors (2) aufweist, wobei das Befüllsystem weiter eine Druckerfassungseinrichtung (4) aufweist, die dazu ausgelegt ist, den Druck in der Druckleitung (5) zu messen und entsprechende Druckmesswerte an die Steuer- und Auswertmittel (3) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswertmittel (3) dazu ausgelegt sind, auf Hubvorgänge der Axialkolbenpumpe (1) zurückzuführende Schwankungen der erhaltenen Druckmesswerte zu erkennen und daraus die Drehzahl des Motors (2) zu ermitteln.
Befüllsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswertmittel (3) mit dem Motor gekoppelt und so ausgelegt sind, dass sie die Drehzahl des Motors (2) herabsetzen oder heraufsetzen können.
Verfahren zum Betrieb eines, insbesondere nach einem der vorigen Ansprüche ausgebildeten, Befüllsystems zum Befüllen von Hohlkörpern, insbesondere Blasen, in Kraftfahrzeugsitzen mit einem Fluid, wobei das Befüllsystem einen Motor (2), eine Axialkolbenpumpe (1), Steuer- und Auswertmittel (3) und eine Druckerfassungseinrichtung (4) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a. Erfassen von Druckwerten über die Druckerfassungseinrichtung (4) auf der Druckseite der Pumpe (1); b. Übertragen der erfassten Druckwerte an die Steuer- und Auswertmittel (3); c. Auswerten der an die Steuer- und Auswertmittel (3) übertragenen Druckwerte durch Auswerten von auf den Hubvorgang der Pumpe (1) zurückzuführenden zeitlichen Druckschwankungen; d. Ermitteln der Drehzahl des Motors (2) der Pumpe (1) aus den in Schritt c. ausgewerteten Druckschwankungen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c. die Steigung einer aus den erfassten Druckwerten gebildeten Kurve des Druckes abhängig von der Zeit ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zeitlichen Verlauf der Steigung die Anzahl der Vorzeichenwechsel der Steigung pro Zeiteinheit ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Anzahl der Vorzeichenwechsel pro Zeiteinheit und einer abhängig von der verwendeten Pumpe (1) vorgegebenen Anzahl der Hubzyklen pro Motorumdrehung die Momentandrehzahl der Pumpe (1) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zeitlichen Verlauf einer aus den erfassten Druckwerten gebildeten Treppenkurve die Anzahl der Sprünge pro Zeiteinheit ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Anzahl der Sprünge pro Zeiteinheit und einer abhängig von der verwendeten Pumpe (1) vorgegebenen Anzahl der Hubzyklen pro Motorumdrehung die Momentandrehzahl der Pumpe (1) geschlossen wird.
Kraftfahrzeugsitzsystem mit einem Kraftfahrzeugsitz, in dem wenigstens ein befüllbarer Hohlkörper vorgesehen ist, sowie mit einem an den wenigstens einen Hohlkörper angeschlossenen Befüllsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2.
Kraftfahrzeugsitzsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Befüllsystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 bis 8 ausgebildet ist.