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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebsmodul zum Erzeugen einer Schaukelbewegung eines Schaukelkörpers, insbesondere einer Schaukel, Wippe, oder Hängematte für Babys, Kinder oder Erwachsene, und betrifft insbesondere ein variabel einsetzbares Schaukel-Antriebsmodul mit kompaktem Aufbau und zugehöriger Kontrollelektronik, die einen vollautomatischen Betrieb eines solchen Schaukelkörpers ermöglicht.
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Hintergrund der Erfindung
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Der automatische Betrieb einer Schaukel oder eines Schaukelkörpers ist dann sinnvoll, wenn eine Schaukelbewegung erzeugt werden soll, die nicht permanent durch eine in der Schaukel sitzende oder eine außenstehende Person in Gang gehalten werden muss und somit eine wirkungsvolle Entlastung dieser Personen eintritt.
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Der automatische Betrieb einer Schaukel oder eines Schaukelkörpers ist insbesondere zur Entspannung sinnvoll, wie z. B. zuhause im Wohnzimmer, im Ruheraum von öffentlichen Einrichtungen, Hotels oder Wellnessbereichen, sowie an sonstigen Plätzen (auch draußen), wo Schaukeln oder Schaukelkörper an einer Decke verankert sind oder an einer stehenden Konstruktion befestigt sind. Auch der automatische Betrieb von Baby- oder Kinderschaukeln ist denkbar, zumal Kleinkinder noch nicht in der Lage sind, selbständig zu schaukeln. Bei einem solchen Einsatz ist es auch denkbar, Babys oder Kinder mit dem Prinzip eines Babyphons akustisch zu überwachen und je nach Stärke des Weines eines Babys oder Kindes die Schaukelbewegung zu steuern.
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Der automatische Betrieb einer Baby- oder Kinderschaukel ist insbesondere deshalb sinnvoll, weil Kleinkinder bis zum Alter von etwa 4 Jahren nicht in der Lage sind, selbständig zu schaukeln, und deshalb eine Schaukel stets durch eine Person in Gang gehalten werden muss. Durch einen automatischen Betrieb können die Eltern wirkungsvoll entlastet werden.
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Die
US-Patentschrift 4,150,820 offenbart eine in einem Traggestell aufgehängte Babywippe mit einem Antriebsmotor, der bei der Eigenfrequenz des von einem Babysitz ausgebildeten physikalischen Pendels betrieben wird. Die Antriebsanordnung kann jedoch nicht angepasst werden und dem Alter des Babys entsprechend modifiziert werden.
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Die
US-Patentschrift 4,911,429 offenbart eine Antriebsanordnung für eine Schaukel, die an einem horizontalen Schwenkarm aufgehängt ist. Zu beiden Seiten des Schwenkarms ist ein Antriebsmodul mit einem L-förmigen Antriebsarm vorgesehen, der mit einem Schaukelsitz gekoppelt ist, um dessen Schaukelbewegung anzutreiben. Diese Schaukelanordnung ist ebenfalls nicht variabel einsetzbar. Die folgenden Druckschriften beschäftigen sich ebenfalls mit dem Thema
DE202006006297 ,
DE202009010031 ,
DE102008017858 ,
DE29709262 ,
DE19856039 ,
DE19848962 ,
DE10223777 ,
DE2927166 ,
DE2040878 ,
US20150366359 ,
DE4239942 ,
DE102009053792 , E20115637,
DE2514071 ,
DE2326002 .
All diesen Antrieben ist die Anordnung des Antriebs im Anhängepunkt der Schaukel gemeinsam. Dieser Punkt stellt den Drehpunkt mit Gelenk bereit, an dem sich die Aufhängung befindet. Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen alternativen Antrieb bereitzustellen.
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Überblick über die Erfindung:
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Die Aufgabe wird auf der Basis der Merkmale der Ansprüche gelöst. Die Erfindung umfasst ein Schaukel-Antriebsmodul zum Antreiben einer Schaukelbewegung eines Schaukelkörpers, der hängend befestigt ist. Der Schaukelkörper umfasst in der Regel eine Sitzfläche oder Liegefläche, auf dem die Person Platz nimmt und mit dem die Schaukelbewegung durchführt. Der Schaukelkörper ist dabei durch Stangen oder Seile an einem Drehpunkt angelenkt, sodass die Schwingbewegung geführt wird. In der Regel ist der Schaukelkörper am Ende des Seils bzw. der Stangen angeordnet. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb, Befestigungsmittel zur Befestigung am Schaukelkörper aufweist, so dass der Antrieb die Schaukelbewegung mitdurchführt. Der Antrieb ist somit nicht statisch am Drehpunkt der Schaukel angeordnet, sondern schwingt vorzugsweise im Bereich des Schaukelkörpers mit. Der Antrieb kann dabei auch strukturell in den Schaukelkörper integriert sein. Der Antrieb ist so ausgebildet, dass mit Hilfe einer Steuerung ein Gewicht so verlagert wird, dass der Schaukelkörper zum Schaukeln angeregt wird.
Die Befestigung mit den Befestigungsmitteln kann dabei Integral im Rahmen oder durch Schrauben, Klemmen, Riemen, Bolzen etc. erfolgen. Die Befestigungsmittel können auch leicht lösbar ausgebildet sein, um den Antrieb oder das Antriebssystem zu entfernen, um ihn z.B. aufzuladen. Es ist auch denkbar, das Antriebssystem inkl. Steuerung als nachzurüstendes Modul an bestehende Schaukeln, Wippen, o. ä. anzubringen.
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Eine mögliche Ausbildung der Steuerung liegt darin, dass das Gewicht nach vorne und nach hinten, sowie nach links oder rechts verlagert wird, in Bezug auf den Schaukelkörper. In einer anderen Ausführungsform kann das Gewicht nach oben und nach unten verlagert werden in Bezug auf den Schaukelkörper. Jegliche Mischformen von Bewegungen sind denkbar. Prinzipiell soll ein selbst angeregtes System bereitgestellt werden, das durch eine parametrische Anregung durch Verlagerung des Schwerpunktes, insbesondere durch periodischen Verlagern des Schwerpunktes eine Pendelbewegung erzeugt, bei der das Gewicht entsprechend verlagert wird.
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In einer möglichen Ausführungsform ist der Antrieb ein Linearantrieb, der ein Gewicht linear bewegt. So kann der Antrieb ein Linearmotor sein, der eine entsprechende lineare Bewegung durch entsprechende Ausbildung der Magnete und Anregung der Magnete durchführt. Das Gewicht wird dabei mit unterschiedlicher Geschwindigkeit entlang des Linearmotors verlagert.
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Alternativ kann der Linearantrieb natürlich auch mit einer Gewindestange und einem Schneckenantrieb ausgebildet sein. Dieser wird dann durch einen entsprechenden Motor vorzugsweise einen Schrittmotor oder Servomotor angesteuert. Durch entsprechende Übersetzungsverhältnisse kann die Geschwindigkeit und die Kraft/Drehmoment, die auf das Gewicht wirken, angepasst werden.
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Je nach Intensität der Schaukelbewegung ist der Linearantrieb länger oder kürzer und das Gewicht höher oder geringer. Je schwerer das Gewicht ist, desto kürzer kann der Linearantrieb sein, jedoch muss er auch entsprechend stabiler ausgebildet sein, um das Gewicht entsprechend zu transportieren. Alternativ kann der Antrieb über eine längere Strecke erfolgen, sodass das Gewicht in diesem Falle kleiner ausgebildet werden kann. Hierfür ist es allerdings notwendig, dass der Antrieb sehr schnell arbeiten kann, damit die Gewichtsverlagerung über diese lange Strecke jederzeit durchgeführt werden kann.
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Bei einer horizontalen Anordnung des Linearantriebs wird das Gewicht immer dann in die entgegengesetzte Richtung verlagert, wenn der Schaukelkörper kurz vor seinem Totpunkt ankommt. Der Totpunkt stellt das Ende der Schaukelbewegung dar, bevor die Bewegung in einer Umkehrbewegung verlagert wird. Man kann somit sagen im Zeitpunkt der größten Verlangsamung und der geringsten Geschwindigkeit sollte das Gewicht möglichst schnell in die entgegengesetzte Richtung verlagert werden. Vorzugsweise ist der Mittelpunkt des Antriebs im Schwerpunkt des Schaukelkörpers, so dass durch Verlagerung des Gewichts vom Mittelpunkt des Antriebs auch der Schwerpunkt effektiv verlagert wird.
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Sollte der Antrieb so ausgebildet sein, dass das Gewicht von oben nach unten verlagert wird, so sollte das Gewicht an den beiden Totpunkten möglichst weit nach oben und im Mittelpunkt der Bewegung nach unten gefahren werden. D. h., wenn der Totpunkt erreicht wird, sollte das Gewicht ausgefahren werden, und wenn die Geschwindigkeit am höchsten ist und die Beschleunigung am geringsten ist, sollte das Gewicht heruntergefahren sein, um es dann wieder beim zweiten Totpunkt nach oben zu fahren.
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Um diese Bewegungen optimal durchzuführen erhält die Steuerung elektrische Informationen von einem oder mehreren der folgenden Sensoren: Beschleunigungssensor, Geschwindigkeitssensor, Fliehkraftsensor, Winkelsensoren/Neigungssensor, Positionssensoren.
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Der Beschleunigungssensor oder Gyrosensor misst die Beschleunigung während des Schaukelvorgangs. Hierbei ist der Sensor im Schaukelkörper integriert. In der Regel ist die Beschleunigung am geringsten, wenn die Schaukel im Scheitelpunkt ist. Scheitelpunkt ist der Punkt an dem sich die Schaukel am tiefsten Punkt befindet. Zu diesem Zeitpunkt hat die Schaukel die höchste Geschwindigkeit allerdings ist die Beschleunigung null. Die höchste Beschleunigung befindet sich an den beiden Endpunkten bzw. Totpunkten der Schaukelbewegung. Hier ist die Beschleunigung jeweils positiv und negativ. Entsprechend kann auch ein Geschwindigkeitssensor verwendet werden. Dieser kann im Gelenk der Schaukel angeordnet sein. Auch ist es denkbar, über einen optischen Sensor den Abstand und die Geschwindigkeit zum Boden zu messen, so dass sowohl der Winkel, als auch die Geschwindigkeit und Beschleunigung hieraus ableitbar ist. Der optische Sensor kann Informationen von einem Laser oder IR oder LED detektieren. Auch kann eine Kamera enthalten sein, die wie bei einer optischen Maus, die Veränderung auf der Oberfläche erkennt, die durch einen Laser, IR oder LED beleuchtet werden. Alternativ können Belastungssensoren/Drucksensoren in den Seilen angeordnet sein, um den Druck zu detektieren, der beim Schaukeln in unterschiedlicher Form auf die Seile erzeugt wird. Eine Kombination von unterschiedlichen Sensoren, wie sie oben beschrieben wurde, ist denkbar.
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Auf der Basis dieser Sensoren, die durch die Steuerung ausgelesen werden, kann eine parametrische Anregung durch Verlagerung des Schwerpunktes mithilfe des Antriebs erfolgen. So kann insbesondere eine horizontale als auch eine vertikale Veränderung des Schwerpunktes durch Verlagern des Gewichts mithilfe des Antriebs eine Schaukelbewegung induzieren. Insbesondere durch periodisches Heben und Senken des Schwerpunktes bei dem das Gewicht entsprechend verlagert wird, kann ein Erfolg erzeugt werden.
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In einer möglichen Ausführungsform ist die Steuerung zentral fixiert ist, ohne mitzuschaukeln. Hierbei ist die Steuerung über Funk oder Draht mit dem Antrieb verbunden. Die Steuerung befindet sich dabei vorzugsweise im Bereich des Gelenkes oder auch räumlich entfernt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist allerdings die Steuerung mitschaukelnd ausgebildet. D. h. sie befindet sich im Bereich des Antriebs oder zumindest im Schaukelkörper, wodurch nicht unbedingt eine Funkübertragung notwendig ist und damit mögliche elektromagnetische Störeinflüsse vermieden werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerung ausgebildet, um Auswahlmittel bereitzustellen, die eine Auswahl von Schaukelprogrammen erlaubt. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um ein interaktives Menü bzw. ein Menschmaschine-Interface, das die Schaukelgeschwindigkeit und die Amplitude einzustellen erlaubt. Es sind auch Zeitprogramme denkbar, die ein automatisches Abschalten oder eine Variation der Schaukelgeschwindigkeit ermöglichen. Es ist auch denkbar, dass über ein mobiles Endgerät über Bluetooth oder WLAN eine Verbindung zur Steuerung hergestellt wird, um den Antrieb zu beeinflussen.
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In einer möglichen Ausführungsform sind ebenfalls Sensoren vorhanden, die den Zustand der Person in der Schaukel erkennen. Sollte zum Beispiel ein Kind schreien oder sich stark bewegen, so wird weiterhin eine Schaukelbewegung ausgeführt. Sollte erkannt werden, dass die Person in der Schaukel am Schlafen ist, so kann die Schaukelbewegung heruntergefahren werden oder sogar abgeschaltet werden. Hierfür sind Bewegungssensoren denkbar. Auch ist eine Verbindung mit einem Puls-Sensor möglich. Auch ein Infrarotsensor kann verwendet werden, um zu erkennen, ob eine Person sich in der Schaukel befindet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Antrieb ein rohrförmiges Gehäuse, in dem das Gewicht vor und zurück bewegbar ist. Innerhalb dieses Gehäuses befindet sich der Linearantrieb, der das Gewicht über eine lineare Strecke transportiert.
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In einer möglichen Ausführungsform übernimmt das rohrförmige Gehäuse eine vorzugsweise tragende Struktur des Schaukelkörpers. So kann das rohrförmige Gehäuse einen Teil des Rahmens bilden. Alternativ kann das rohrförmige Gehäuse als Haltegriff ausgebildet sein, das sich seitlich horizontal am Schaukelkörper erstreckt.
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Auch ist es denkbar, dass das rohrförmige Gehäuse einen Teil der vertikalen Seilstruktur/Tragestreben darstellt, an der der Schaukelkörper aufgehängt ist. In diesem Falle bewegt sich das Gewicht nach oben und unten, innerhalb des Gehäuses.
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Durch diese Anordnungsmöglichkeiten kann das Schaukelantriebsmodul sowohl senkrecht als auch horizontal angeordnet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform sind vorzugsweise zwei oder mehrere Antriebe vorgesehen, die sich rechts und links vom/am Schaukelkörper befinden. Die Steuerung ist so ausgebildet, dass die zwei Antriebe synchronisiert sind. Durch einen Rotationssensor, der eine Eigenrotation/Rollbewegung des Schaukelkörpers feststellt, wird die Steuerung die zwei Antriebe so anfahren, dass die Rollbewegungen des Schaukelkörpers abgefangen werden. Hierbei werden die beiden Antriebe asynchron angefahren bzw. zeitverzögert, um die Rotation zu dämpfen bzw. auszugleichen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist eine Batterie im Schaukelkörper integriert, so dass die Batterie mit schaukelnd ist. In einer möglichen Ausführungsform können die Batterien das Gewicht selbst sein und somit hin und her bewegt werden, während sie die Stromversorgung vornehmen. Die Batterien können Lithium-Batterien sein oder andere Technologien, die wiederaufladbar sind. Eine Induktive Ladung kann hierbei möglich sein, so dass kein direkter Kontakt gegeben ist.
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Eine Stromversorgung über Kabel in/oder an den Seilen ist ebenfalls denkbar. Weiterhin kann z. B. bei einer Gartenschaukel auch eine Stromversorgung direkt durch Solarzellen erfolgen.
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Ein weiterer Teil der Erfindung ist eine Schaukel umfassend ein Schaukel-Antriebsmodul nach den obigen Ausführungsformen.
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Im Folgenden, werden die Figuren beschrieben. Die Figuren stellen eine mögliche Ausführungsform dar, sind jedoch nicht beschränkend zu betrachten.
- 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Schaukel mit den seitlich horizontal angeordneten Linearantrieben;
- 2 beschreibt das Verfahren nach dem die Linearantriebe mit den Gewichten angesteuert werden.
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Beschreibung einer möglichen Ausführungsform:
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Die 1 zeigt einen Ständer 1, der in Form eines selbst stehenden Ständers oder einer Decke ausgebildet sein kann. Dieser Ständer weist Aufhängungen 2 oder Drehpunkte auf, an denen die Schaukel samt Schaukelkörper 4 über Seile 3 befestigt ist. Statt der Seile können auch Stangen verwendet werden. Auch ist es möglich, keine liegende Anordnung einer Schaukel zu verwenden, sondern eine sitzende Anordnung. Der Schaukelkörper weist an seinen rechten und linken Rändern horizontal angeordnete Schaukel-Antriebsmodule 5 auf, die ebenfalls als Strukturelement verwendet werden können. In einer alternativen nicht dargestellten Ausführungsform können diese Linearantriebe auch vertikal angeordnet sein. Die Schaukel-Antriebsmodule umfassen einen Antrieb, z. B. in Form eines Linearmotors 6, der ein Gewicht 8 vor und zurück bewegt. Es wird somit eine lineare Bewegung des Gewichts durchgeführt. Das Gewicht ist dabei an einer Welle 7 befestigt. Diese lineare Bewegung führt zu einer Schwerpunktverlagerung und somit zu einer Pendelbewegung.
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Bei der vorliegenden Erfindung ist eine Steuerungseinheit 9 getrennt vom Linearantrieb angeordnet und ist mit Bewegungssensoren 10, die seitlich rechts und links vom Schaukelkörper angeordnet sind, verbunden. Ferner ist die Steuerung auch noch mit dem Linearmotor 6 verbunden. Auf der Basis dieser Informationen wird dann eine Gewichtsverlagerung mithilfe des Linearmotors vorgenommen und es wird eine Schaukelbewegung eingeleitet.
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Die Steuerung weist ein Benutzerinterface auf, das z. B. in die Steuerungseinheit integriert sein kann. Über dieses Benutzerinterface kann das Schaukeln begonnen werden. Beim Einschalten des Systems werden die Sensoren abgefragt und es wird eine Schwingungsstärke und Schwingungsrichtung mittels der Sensoren erfasst. Auf Basis der gemessenen Werte der Sensoren wird die motorische Steuerung/Spannung für die linearen Motoren berechnet und zeitlich abgestimmt eingestellt, um die Position des Gewichtes an der Welle des Linearmotors zu verändern. Es kann sich hierbei auch um eine Schrittmotorsteuerung handelt, die Impulse ausgibt, um die Motoren schrittweise anzusteuern. Es handelt sich hierbei um einen kontinuierlichen Prozess, der im hochaufgelösten Millisekundenbereich die Sensoren abfragt wird und den Linearmotor ansteuert, sodass das Gewicht eine entsprechende gleitende Bewegung ohne große Schläge oder Ruckeln durchführt. Der Benutzer soll die Bewegungen des Gewichts nicht merklich wahrnehmen, insbesondere das Abbremsen der Bewegung und die Umkehr der Bewegung des Gewichts soll hierbei gleitend und geschmeidig, sowie möglichst ohne akustische Wahrnehmung gesteuert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ständer
- 2
- Aufhängungen
- 3
- Seile
- 4
- Schaukelkörper
- 5
- Schaukel-Antriebsmodul
- 6
- Antrieb, z. B. Linearmotor
- 7
- Welle
- 8
- Gewicht
- 9
- Steuerungseinheit
- 10
- Bewegungssensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4150820 [0005]
- US 4911429 [0006]
- DE 202006006297 [0006]
- DE 202009010031 [0006]
- DE 102008017858 [0006]
- DE 29709262 [0006]
- DE 19856039 [0006]
- DE 19848962 [0006]
- DE 10223777 [0006]
- DE 2927166 [0006]
- DE 2040878 [0006]
- US 20150366359 [0006]
- DE 4239942 [0006]
- DE 102009053792 [0006]
- DE 2514071 [0006]
- DE 2326002 [0006]
