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Die
Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für eine Hubvorrichtung nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Aus
dem Stand der Technik sind Hubvorrichtungen bekannt, welche von
einem Elektromotor angetrieben sind und zum Hub von Lasten mit unterschiedlichem
Gewicht dienen. Insbesondere sind aus dem Stand der Technik Rollstühle bekannt,
mit einem höhenverstellbaren
Sitz, der von einem Elektromotor angetriebenen ist. Derartige Rollstühle mit
einer Sitzhöhenverstellung
ermöglichen
dem Benutzer den Zugriff auf Gegenstände, welche außererhalb
seines durch die Sitzposition eingeschränkten natürlichen Zugriffsbereich liegen.
Insbesondere wird durch die Sitzhöhenverstellung der Zugriff
auf Gegenstände
in Regalen oder Schränken
ermöglicht.
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Die
Sitzhöhenverstellung
derartiger Rollstühle
ist üblicherweise
von einem Elektromotor angetrieben. Dem Elektromotor wird dabei
von einer Batterie ein Arbeitsstrom zugeführt. Die Zufuhr des Arbeitsstromes
wird von einer Steuerschaltung gesteuert. Zu diesem Stand der Technik
wird auf die
US 5 090 513
A und die
US
5 112 076 A verwiesen.
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Bei
den aus dem Stand der Technik bekannten Steuerschaltungen erweist
es sich als nachteilig, daß keine
Notabschaltung vorgesehen ist, welche den Betrieb des Motors abstellt,
sobald der höhenverstellbare
Sitz während
des Anhebens oder während
des Absenkens gegen ein Hindernis anläuft. Weiterhin ist bei den
bekannten Steuerschaltungen nicht bekannt, die Beschleunigung des
höhenverstellbaren
Sitzes beim Anheben oder beim Absenken so zu begrenzen, daß Unfälle oder
Verletzungen des Benutzers vermieden werden. Insbesondere sind die aus
dem Stand der Technik bekannten Steuerungen für gattungsgemäße Hubvorrichtungen
nicht individuell auf die zu hebende Last anpaßbar.
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Aus
der
DE 195 11 591
C2 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Last eines Flurförderzeugs
bekannt, wobei die Last mit Hilfe einer einen Hubzylinder enthaltenden
Hubvorrichtung angehoben wird, die von einer Hydraulikpumpe gespeist
wird. Die Hydraulikpumpe ist von einem Elektromotor angetrieben,
wobei der Elektromotor eine einen Rechner enthaltende elektronische
Steuer- oder Regelvorrichtung aufweist, die auch eine Meßvorrichtung
für den Motorstrom
einschließt.
Im Speicher des Rechners werden die hydraulischen und mechanischen
Konstanten der Hubvorrichtung und die elektrischen Konstanten des
Elektromotors abgelegt und der Rechner errechnet die Masse der Last
aus dem jeweiligen beim Anheben und Absenken der Last gemessenen Motorstrom
aus den bekannten Formeln für
das Drehmoment der Hydraulikpumpe und des Elektromotors.
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In "antriebstechnik 22" (1983) Nr. 8, Seiten 13
und 14 (H.J. Eckardt, Elektronischer Drehmomentwächter schützt Anlagen mit Drehstrommotoren)
ist ein elektronischer Drehmomentwächter zum Überlast- bzw. Unterlastschutz
von Anlagen mit Drehstrommotoren beschrieben. Dabei wird der nicht lineare
Verlauf des Motorstroms über
den gesamten Leistungsbereich ausgeglichen, in dem die Phasenverschiebung
zwischen Spannung und Strom im jeweiligen Belastungszustand gemessen
wird und bei einer Über-
oder Unterschreitung eines Soll-Wertes der Antrieb abgeschaltet
und/oder ein Signal ausgelöst
wird. Damit beim Hochfahren der Anlage das Schutzgerät nicht
sofort anspricht, ist eine wählbare Überbrückungszeit
einstellbar, um die höheren
Anfahrmomente unberücksichtigt
zu lassen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung
für eine
von einem Elektromotor angetriebene Hubvorrichtung zum Hub von Lasten
mit unterschiedlichem Gewicht, insbesondere für einen höhenverstellbaren Rollstuhl
zur Verfügung
zu stellen, welche es ermöglicht,
das Absenken und das Anheben der zu bewegenden Last unter individueller
Anpassung an das Lastgewicht zu steuern.
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Gelöst wird
diese Aufgabe mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind
den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Im
folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen näher
erläutert.
Die Zeichnungen zeigen in
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1 eine
schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Steuerschaltung,
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2 ein
Diagramm, welches den typischen Verlauf des Arbeitsstromes eines
Elektromotors zum Antrieb einer Sitzhöhenverstellung in Abhängigkeit der
Hubposition darstellt.
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Wie
in 1 dargestellt, umfaßt die Steuerschaltung eine
Stromquelle 1, welche dem Elektromotor 2 einen
Arbeitsstrom I zuführt.
Der Elektromotor 2 dient zum Anheben oder zum Absenken
eines höhenverstellbaren
Sitzes eines Rollstuhles. Zwischen der Stromquelle 1 und
dem Elektromotor 2 ist eine Strommeßeinrichtung 4 angeordnet,
welche den Arbeitsstrom erfaßt,
der dem Elektromotor 2 zugeführt wird. Weiterhin ist ein
Wegaufnehmer 3 vorgesehen, der die Hubposition des höhenverstellbaren Sitzes
erfaßt.
Hierzu ist der Wegaufnehmer 3 bevorzugt an den Elektromotor 2 gekoppelt,
und der Elektromotor 2 übermittelt
dem Wegaufnehmer 3 Signale, aus welchen sich die jeweilige
Hubposition S ergibt. Die Erfassung der Hubposition S durch den
Wegaufnehmer 3 kann auch durch andere bekannte Vorrichtungen,
wie z.B. durch Potentiometer oder Lichtschranken, erfolgen. Der
Wegaufnehmer 3 übermittelt
die von ihm ermittelte Hubposition S an einen Mikrocomputer 7.
Weiterhin erhält
der Mikrocomputer 7 den von der Strommeßeinrichtung 4 gemessenen Wert
des Arbeitsstromes I. Die Daten des von der Strommeßeinrichtung 4 übermittelten
Arbeitsstromes I und des von dem Wegaufnehmer 3 übermittelten Wertes
der Hubposition S werden in den Mikrocomputer 7 weiter
verarbeitet. Ein Speicher 5 dient zur Abspeicherung von
Daten, welche ihm von dem Mikrocomputer 7 zugeführt werden.
Der Mikrocomputer 7 und der Speicher 5 übermitteln
die Daten an einen Komparator 6. Der Komparator 6 vergleicht
die ihm zugeführten
Daten miteinander und erzeugt gegebenenfalls ein Steuersignal, welches
zur Steuerung der Stromquelle 1 dient. Die Stromquelle 1 ist
ferner über eine
Bedieneinheit 8 manuell steuerbar.
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Die
Funktionsweise der Steuerschaltung von 1 ist wie
folgt:
Zunächst
wird eine individuell an den Benutzer angepaßte Referenzkurve des Arbeitsstromes
in Abhängigkeit
der Hubposition S im Teachbetrieb ermittelt. Hierzu platziert sich
der Benutzer auf den höhenverstellbaren
Sitz des Rollstuhles und fährt
diesen in eine untere Ausgangsposition. Mittels der Bedieneinheit 8 setzt
der Anwender den Elektromotor 2 in Bewegung, worauf der
höhenverstellbare
Sitz von der unteren Hub-Endpositon in eine obere Hub-Endposition
gefahren wird. Während
des Anhebens des Sitzes mißt
die Strommeßeinrichtung 4 den
Arbeitsstrom I, welcher von der Stromquelle 1 dem Elektromotor 2 zugeführt wird.
Die von der Strommeßeinrichtung 4 gemessenen
Stromwerte werden dem Mikrocomputer 7 übermittelt. Gleichzeitig wird
während des
Anhubs von dem Wegaufnehmer 3 die Hubposition S erfaßt. Die
erfaßten
Daten der Hubposition S werden ebenfalls an den Mikrocomputer 7 übermittelt.
Der Mikrocomputer 7 ordnet die ihm während des Anhebens zugeführten Daten
als Strom-Hubposition-Wertepaare
und übermittelt
die so erzeugte Referenzkurve des Arbeitsstromes I in Abhängigkeit der
Hubposition S an den Speicher 5. Der Speicher 5 speichert
die so ermittelte Referenzkurve ab.
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2 zeigt
einen typischen Verlauf einer solchen Referenzkurve der augenblicklichen
Werte des Arbeitsstromes I in Abhängigkeit von der jeweiligen Hubposition
S. Diese typische Referenzkurve ist mit a bezeichnet. Beim Anfahren
des Elektromotors 2 bildet sich zunächst eine Strom-Einschaltspitze
aus. Nach Abklingen dieser Strom-Einschaltspitze bildet sich – je nach
Gewicht der zu hebenden Last – ein
typischer Verlauf des Arbeitsstromes in Abhängigkeit der Hubposition S
aus. In der Nähe
der oberen Hub-Endposition wird der Arbeitsstrom schließlich zurückgefahren
und bei Erreichen der oberen Hub-Endposition abgestellt.
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Nach
Erreichen der oberen Hub-Endposition wird der höhenverstellbare Sitz in die
untere Hub-Endposition abgesenkt. Hierbei wird entsprechend dem
oben beschriebenen Vorgehen wiederum der Verlauf des Arbeitsstromes
I in Abhängigkeit
der Hubposition S ermittelt und die entsprechende Referenzkurve
in dem Speicher 5 abgespeichert.
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Nach
dem Teachbetrieb dienen beim Betrieb des höhenverstellbaren Sitzes die
im Speicher 5 abgespeicherten Referenzkurven zur Steuerung
der Stromquelle. Hierzu werden während
des Anhebens oder des Absenkens die augenblicklichen Werte des Arbeitsstromes
I und die jeweilige Hubposition S von der Strommeßeinrichtung 4 bzw.
dem Wegaufnehmer 3 erfaßt und dem Mikrocomputer 7 zur
Verarbeitung zugeführt.
Der Mikrocomputer 7 ermittelt aus der entsprechenden Referenzkurve
a den Stromwert I1, welcher der momentanen
Hubposition S1 zugeordnet ist. Dieser Referenz-Stromwert
I1 wird dem Komparator 6 zugeführt. Gleichzeitig
wird dem Komparator 6 der momentan ermittelte Arbeitsstrom
I zugeführt. Der
Komparator 6 vergleicht diese beiden Stromwerte I und I1 miteinander und erzeugt ein Steuersignal, wenn
die beiden Stromwerte eine vorgegebene positive oder negative Abweichung,
z.B. ± 30%
des Stroms I1 der Referenzkurve, überschreiten.
Das vom Komparator 6 gegebenenfalls erzeugte Steuersignal
wird der Stromquelle 1 zur Steuerung des Arbeitsstromes
I zugeführt.
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In
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der
Steuerschaltung dient das Steuersignal zur Notabschaltung des Elektromotors 2.
Eine Notabschaltung ist beispielsweise notwendig, wenn der höhenverstellbare
Sitz auf ein Hindernis auftrifft und dadurch der Anhub oder das
Absenken verhindert wird. Wenn der Sitz an ein Hindernis anstößt, steigt
der Arbeitsstrom I rasch an. Dieses Ansteigen des momentanen Arbeitsstromes
I bewirkt, daß der
Komparator 6 ein Steuersignal erzeugt, sobald der Arbeitsstrom
I einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Das Steuersignal
wird der Stromquelle 1 übermittelt,
woraufhin die Stromzufuhr zu dem Elektromotor 2 abgeschaltet
wird. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel erfolgt nach
Abschaltung der Stromzufuhr ein Freifahren des möglicherweise vom Hindernis
eingeklemmten Sitzes, in dem der Elektromotor kurzzeitig in der
Hubrichtung betrieben wird, welche zu der Hubrichtung vor der Abschaltung
entgegengesetzt ist.
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Eine
automatische Abschaltung der Stromzufuhr zum Elektromotor 2 erfolgt,
wenn von dem Wegaufnehmer 3 eine Hubposition Smax bzw.
Smax ermittelt wird, die der oberen bzw.
der unteren Hub-Endposition entspricht, bei welchen der jeweils zugeordnete
Referenz-Stromwert I1 Null ist.
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In
einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel bewirkt das
Steuersignal, daß der
Arbeitsstrom verringert wird, wenn der momentan gemessene Stromwert
I größer ist
als der Referenz-Stromwert Io1 der in 2 dargestellten
oberen Toleranzkurve c, welcher der momentanen Hubposition S1 zugeordnet
ist. Entsprechend bewirkt das Steuersignal eine Erhöhung eines
Arbeitsstromes I, wenn der momentan gemessene Stromwert I kleiner
ist als der entsprechend zugeordnete Referenz-Stromwert Io1 der in 2 gezeigten
unteren Toleranzkurve b ist. Die obere Toleranzkurve c und die untere
Toleranzkurve b sind aus der Referenzkurve a errechnet, und bilden ein
Toleranzband, welches sich auf der Stromachse beispielsweise um ± 10% um
die Referenzkurve (a) erstreckt.
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In
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist
vorgesehen, daß eine
Vielzahl von Referenz-Stromkurven a für Lasten mit jeweils unterschiedlichem
Gewicht getrennt voneinander aufgenommen und in dem Speicher 5 abgespeichert
werden. Derartige Referenz-Stromkurven können beispielsweise aufgenommen
werden, indem der Benutzer sich auf dem höhenverstellbaren Sitz platziert und
zusätzlich
weitere Lasten mit unterschiedlichem Gewicht aufnimmt. Anschließend werden
in der oben beschriebenen Weise die Referenz-Stromkurven jeweils
getrennt für
das Anheben und das Absenken der Last aufgenommen und im Speicher 5 abgespeichert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist in vorteilhafter Weise eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gewichts
der zu hebenden Last vorgesehen. Vor dem Anheben bzw. Absenken der
Last wird der von dieser Vorrichtung ermittelte Gewichtswert dem
Mikrocomputer 7 zugeführt.
Der Mikrocomputer 7 wählt dann
aus dem Speicher 5 die der jeweiligen Last zugeordnete
Referenz-Stromkurve a aus und führt
die entsprechenden Werte dem Komparator 6 zu.
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In
einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen,
daß eine
Vielzahl von Referenz-Stromkurven jeweils bei unterschiedlichen
Ladungszuständen
der Batterie 1 aufgenommen und in dem Speicher 5 abgespeichert
werden. Der genaue Verlauf der Referenz-Stromkurven hängt nämlich vom
Ladezustand der Batterie 1 ab, insbesondere dann, wenn
die Batterie 1 stark entladen ist. Zur Erfassung des Ladezustandes
der Batterie 1 ist an diese mit einer entsprechenden Vorrichtung
verbunden. Vor dem Anheben der Last erfaßt diese Vorrichtung den Ladezustand
der Batterie 1 und übermittelt
diesen an den Mikrocomputer 7. Der Mikrocomputer 7 wählt dann
aus dem Speicher 5 die diesem Batterie-Ladezustand zugeordnete
Referenz-Stromkurve aus und übermittelt
die entsprechenden Daten an den Komparator 6. Unterschreitet
der Batterie-Ladezustand
einen vorgegebenen Schwellwert, so erzeugt der Komparator 6 ein
Steuersignal, welches die Stromzufuhr zu dem Elektromotor 2 unterbricht.
Auf diese Weise ist gewährleistet,
daß der
Elektromotor 2 bei einer zu geringen Ladekapazität der Batterie
nicht in Betrieb gesetzt wird. Somit wird beispielsweise verhindert,
daß der
höhenverstellbare
Sitz des Rollstuhls zwar angehoben wird, aber wegen zu geringer Ladekapazität der Batterie
nicht mehr abgesenkt werden könnte.
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Die
hier beschriebene Steurschaltung ist nicht auf den Einsatz für eine Sitzhöhenverstellung eines
Rollstuhles beschränkt,
sondern kann bei allen Arten von Hubvorrichtungen zum Hub von Lasten
mit unterschiedlichem Gewicht zum Einsatz kommen.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Steuerschaltung
liegt in der individuellen Abstimmbarkeit der Steuerung der Hubvorrichtung
auf die zu hebende Last. Insbesondere kann die Notabschaltung der Hubvorrichtung
individuell auf die zu hebende Last abgestimmt werden. Dies erweist
sich vor allem bei den hier beschriebenen Rollstühlen mit Sitzhöhenverstellung
als vorteilhaft, da diese in der Regel von Personen mit unterschiedlichem
Gewicht benutzt werden. Darüber
hinaus kann die Steuerung auch an zusätzliche Lasten angepaßt werden,
welche gegebenenfalls von der Person auf dem höhenverstellbaren Sitz mitbewegt
werden sollen. Die auf die jeweilige Last individualisierbare Notabschaltung
vermeidet Unfälle
und erhöht
damit die Sicherheit während
des Anhebens bzw. Absenkens des Sitzes. Durch die Individualisierbarkeit
der Steuerung wird außerdem
erreicht, daß der
höhenverstellbare
Sitz nicht mit einer zu hohen Beschleunigung betrieben wird, welche den
Benutzer gefährden
oder erschrecken könnte.