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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Linearantrieb und ein Möbelstück jeweils mit einer Vorrichtung zur Sperr- bzw. Klemmdetektion ausgestattet wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 und 2 definiert ist.
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Allgemein bekannt ist es, eine Ermittlung und/oder Erfassung – im Folgenden auch kurz „eine Klemmdetektion” – als Ausgangspunkt für ein Alarmieren und/oder als Bewegungsunterbrechung bei verstellbaren Möbeln wie z. B. Tischen und Betten durchzuführen, bei denen das Ein- bzw. Verstellen von beweglichen Teilen mit Linearantrieben vorgenommen wird.
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So soll beispielsweise bei einem höhenverstellbaren Schreibtisch eine Klemmdetektion dann ausgelöst werden, wenn es bei der Bewegung nach oben oder nach unten zur Kollision mit einem Fensterbrett kommt. Die Klemmdetektion erfolgt zu dem Zweck, den Linearantrieb, der die Bewegung ausführt, auszuschalten oder seine Bewegung kurzfristig umzukehren.
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Aus
WO 03/056976 A1 (Linak A/S) ist ein Linearantrieb bekannt, bei dem die Klemmdetektion unter Verwendung eines piezoelektrischen Elementes, das in ein Metallgehäuse eingebaut ist und das von einer Schraubenfeder oder über ein Federgetriebe mit Tellerfedern beaufschlagt wird, ausgelöst wird. Diese Druckschrift zeigt ein Beispiel eines höhenverstellbaren Tisches, wobei die Vorrichtung zur Klemmdetektion zwischen der Tischplatte und einem Linearantrieb angeordnet ist, der das Höhenverstellen der Tischplatte ausführt.
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Beim Auftreten von Bewegungsbehinderungen durch irgendwelche Hemmnisse wie z. B. durch Klemmen, beim Zusammenstoßen einer Tischplatte und eines Fensterbrettes od. dgl. wird die entstehende mechanische Beanspruchung der Vorrichtung infolge des Zusammenstoßes von dem piezoelektrischen Element aufgezeichnet. Dabei wird von dem piezoelektrischen Element ein elektrisches Signal erzeugt und abgegeben. Das elektrische Signal lässt sich mit Hilfe von Signalkabeln aufzeichnen, die aus dem mechanischen Gehäuse herausgeführt sind, in dem das piezoelektrische Element untergebracht ist.
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Es hat sich nun aber gezeigt, dass dieser Stand der Technik einige Nachteile hat. Unter anderem ist es relativ kostspielig, das piezoelektrische Element in Metallgehäuse einzubauen. Gleichzeitig kann es schwierig sein, ein zweckmäßiges, also vernünftiges und nicht die Wahrnehmbarkeit beeinträchtigendes Signal-Rausch-Verhältnis für die piezoelektrischen Elemente zu erzielen. Dies hat seinen Grund u. a. in dem komplizierten mechanischen Getriebe, von dem nur ein kleinerer proportionaler Anteil der Belastung des Antriebs auf das piezoelektrische Element übertragen wird. Dies geschieht angesichts des Umstands, dass die hohen Kräfte des Antriebes, die mehr als 10.000 N betragen, das piezoelektrische Element in seiner Funktion mindern, d. h. beschädigen oder völlig zerstören würden.
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Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, die bekannte Technik zur Klemmdetektion eines Linearantriebs und verstellbaren Möbelstücks zu vereinfachen und zu verbessern.
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Dies wird nach der Erfindung bei einem Linearantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das piezoelektrische Element mindestens zum Teil, d. h. ganz oder teilweise von und mit einem elastischen Werkstoff umschlossen ist, wobei das piezoelektrische Element mit einem Signalverarbeitungs-Schaltkreis wirkverbunden, insbesondere über Signalkabel mit jenem geschaltet ist. Der Signalverarbeitungs-Schaltkreis ist so angeordnet und damit dazu eingerichtet, dass er elektrische Signale in Abhängigkeit von den Signalen des piezoelektrischen Elementes abgeben kann. Indem dabei der elastische polymere Werkstoff so angeordnet ist, dass er mit Druck- und/oder Zugbelastungen abhängig von den Belastungen auf dem Antrieb beaufschlagt werden kann, gibt alsdann der Signalverarbeitungs-Schaltkreis Signale in Abhängigkeit von Änderungen der Belastungen auf den polymeren Werkstoff ab.
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Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein ein- bzw. verstellbares Möbelstück, umfassend mindestens einen stationäres Teil und mindestens ein im Verhältnis dazu bewegliches Teil sowie ein Getriebe und eine elektrische Steuereinrichtung zum Verstellen des beweglichen Teils. Dieses Möbelstück ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine Sperr- und/oder Klemmschutzvorrichtung umfasst, die ein piezoelektrisches Element enthält, das ganz oder im Wesentlichen von einem polymeren Werkstoff umgeben bzw. umschlossen ist und dass das piezoelektrische Element mit einem elektrischen Schaltkreis wirkverbunden, also im konkreten Fall vorteilhaft mittels durch den polymeren Werkstoff hindurch zu jenem hin geführten Signalkabeln verbunden bzw. geschaltet ist, wobei von dem Schaltkreis ein Signal an die Steuereinrichtung abgegeben werden kann, wenn die vom piezoelektrischen Element ausgesandten Signale von einem vorgegebenen, also z. B. vorher eingestellten Niveau abweichen.
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Der Signalverarbeitungs-Schaltkreis ist aufgebaut und eingerichtet, elektrische Signale in Abhängigkeit von den Signalen des piezoelektrischen Elementes abzugeben, und wenn der elastische Werkstoff so angeordnet ist, dass er mit Druck- und/oder Zugbelastungen beaufschlagt wird, so gibt der Signalverarbeitungs-Schaltkreis Signale abhängig von den Änderungen der Belastungen an dem polymeren Werkstoff ab. Das piezoelektrische Element kann bei Zugbelastung Signale abgeben, wenn es in dem elastischen Werkstoff vorgespannt ist. Bei Zugbelastung ändert sich die Vorspannung des elastischen Werkstoffes, und damit gibt das piezoelektrische Element Signale ab. Bei Druckbelastung hingegen ist es ohne weiteres klar, dass das piezoelektrische Element direkt Signale abgibt.
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Auf diese Weise lässt sich ein kompliziertes mechanisches Gehäuse vermeiden, und gleichzeitig erreicht man für das piezoelektrische Element einen verbesserten Signal-Rausch-Abstand. Dies beruht auf der relativ großen Kontaktfläche zwischen dem elastischen Werkstoff, der ein polymerer Werkstoff sein kann, und dem piezoelektrischen Element. Gleichzeitig erreicht man, dass der polymere Werkstoff, der das piezoelektrische Element umschließt, die Übermittlung störender mechanischer Vibrationen auf das piezoelektrische Element reduziert. Ein verbesserter Signal-Rausch-Abstand ermöglicht eine optimierte Empfindsamkeit der Klemmungsdetektion. Dies wiederum bedeutet eine verbesserte Sicherheit des Produktes sowohl für die Umgebung als auch für die Benutzer. Die Einlagerung eines elastisch polymeren Werkstoffes stellt zugleich sicher, dass das Piezoelement nicht mechanisch überlastet wird.
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Es sei bemerkt, dass man die Vorrichtung für eine Klemmdetektion sowohl bei Druck- als auch bei Zugbelastung verwenden kann, indem jede Änderung der auf das piezoelektrische Element einwirkenden Kräfte zu Signalen führen wird.
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Außer den zuvor schon erwähnten Vorteilen ergeben sich aus der Einlagerung des piezoelektrischen Elementes in einem elastischen polymeren Werkstoff mehrere und einfachere Möglichkeiten für einen Einbau der Vorrichtung zur Klemmdetektion in einen Linearantrieb oder Möbelstück.
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Die einfache Konstruktion der Klemmschutzvorrichtung ermöglicht ihre relativ freie Anbringung. Wenn sie gleichzeitig aus einem elastischen Werkstoff hergestellt ist, kann sie außerdem im Falle einer Kollision bis zu einem gewissen Grad als Endlagendämpfung funktionieren.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:
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1 einen Querschnitt einer Vorrichtung zur Klemmdetektion,
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2 einen Aufbau eines mit der Tischplatte eines Schreibtisches zusammengesetzten teleskopischen Tischbeines,
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3 einen Linearantrieb in axonometrischer Darstellung,
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4 eine Explosionsdarstellung des in 3 gezeigten Gehäuses für den Antrieb,
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5 einen Antrieb für Möbel ohne Bodendeckel, speziell für Hebebetten geeignet,
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6 einen Ausschnitt aus 5 in vergrößertem Maßstab, worin ein Drucklager und die Vorrichtung zur Klemmdetektion gezeigt sind, und
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7 einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung zur Klemmdetektion.
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Wie man aus 1 erkennt, umfasst eine Vorrichtung 1 zur Klemmdetektion, also zum Feststellen, Erfassen und/oder Ermitteln eines u. a. ein Klemmen hervorrufenden Hindernisses oder einer entsprechenden Behinderung der beabsichtigten Bewegung eines gegenüber einem festen Teil bewegbaren Teil ein piezoelektrisches Element 2, das hier ganz mit einem elastischen polymeren Werkstoff 3 umgeben ist. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das piezoelektrische Element aus Gummiwerkstoff hergestellt sein. Signalkabel 4 sind von dem piezoelektrischen Element 2 her durch den polymeren Werkstoff 3 hindurch geführt. Damit können die Signalkabel 4 mit einem elektrischen Signalbearbeitungs-Schaltkreis verbunden und geschaltet werden.
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Man kann den elektrischen Signalverarbeitungs-Schaltkreis dazu verwenden, Signal-Berechnungsverfahren für die Signale von dem piezoelektrischen Element 2 auszuführen und damit die darauf einwirkenden mechanischen Kräfte zu ermitteln. Solche Kräfte werden z. B. beim (Ver)Klemmen, u. a. beim Kollidieren eines Möbelstückes mit einem Fensterbrett, verursacht.
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Wenn der elektronische Signalverarbeitungs-Schaltkreis ein Klemmen bzw. ein Bewegungshindernis festgestellt hat, kann das entsprechende Detektionssignal zum Abschalten und/oder Umkehren der Bewegung verwendet werden, wie es ebenso, ggf. nach entsprechender (erforderlicher) Behandlung, zum Auslösen eines Alarmes, und zwar akustisch als auch visuell, genutzt werden kann.
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Wenn die Vorrichtung 1, wie in 1 gezeigt, zwischen einem Linearantrieb 5 und einem Möbelteil 6, hier einer Tischplatte, angeordnet ist, so dämpft der elastische polymere Werkstoff 3 die Übertragung mechanischer Vibrationen zwischen dem Linearantrieb 5 und dem Möbelstück 6, wodurch zur gleichen Zeit das resultierende Geräusch gedämpft wird.
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Wenn das Geräusch gedämpft wird, verbessert man das die Ruhe- oder Liegequalität betreffende Wohlbefinden der im Bett oder auf der Liege befindlichen Person. Darüber hinaus können gewisse Anwendungsfälle wie z. B. verstellbare Möbel einer Krankenhaus-Ausrüstung bestimmten Geräuschvorschriften unterliegen, die somit als erfüllt angesehen werden können.
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Es gibt mehrere geeignete Prozesse, um das völlige oder teilweise Umgeben eines piezoelektrischen Elementes 2 mit einem elastischen polymeren Werkstoff 3 zu erzielen. Dazu zählen unter anderem z. B. das Gießen, Kleben oder Schweißen des polymeren Werkstoffes 3 um das piezoelektrische Element 2 herum. In einer bevorzugt einfachen Form der Ausführung ist ein Ausschnitt im oder am Rand des polymeren Werkstoffes eingefügt, so dass eine Tasche gebildet wird, in die das piezoelektrische Element eingesetzt werden kann. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der elastische Werkstoff in zwei Teilen vorgesehen, die um das piezoelektrische Element herum vereinigt werden.
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Ein in 3 und 4 der Zeichnung gezeigter Linearantrieb 7 umfasst eine Motoreinheit 8 mit einem umkehrbaren Niederspannung-DC Motor 9 und ein Getriebe 9a in Form eines Schneckengetriebes, das eine Spindel 11 treibt. Der Motor 9 ist in einem polymeren Werkstoff in Form eines Gummiklotzes 10 gelagert. Dieser Gummiklotz 10 passt in das Innere eines rechtwinkligen Gehäuses 12, das mit einem Deckel 13 verschlossen werden kann. Die Spindel 11 wird in der Unterseite des Gehäuses 12 fest mittels eines Druck- und Zuglagers 14 gehalten. Auf der Spindeleinheit sitzt eine Spindelmutter 15, wobei sich ein rohrförmiges Einstellelement 16, wenn es gegen Rotation ortsfest gehalten wird, abhängig von der Rotationsrichtung der Spindel 11 auf dieser nach außen bzw. nach innen bewegt. Trifft das Einstellelement 16 auf ein Hindernis, so beginnt, wenn die Spindel 11 gegen Rotation verhindert ist, stattdessen die ganze Motoreinheit 9, sich zu drehen und sich damit aus dem Gummiklotz 10 heraus zu drücken. In dem Gummiklotz 10 befindet sich ein Piezoelement 2, das in Folge der Druckkraft ein Signal erzeugt. Ist dabei eine Klemmdetektion in beiden Richtungen des Einstellelementes 16 gewünscht, d. h. sowohl wenn es nach außen als auch wenn es nach innen bewegt wird, dann sollte an jeder Seite des Motors 9 ein Piezoelement 2 in dem Gummiklotz 10 angebracht sein. Wenn hingegen lediglich eine Klemmdetektion in einer Richtung, z. B. nach innen, bezogen auf das Einstellelement, notwendig ist, so ist auch nur ein einziges Piezoelement 2 anzubringen. Dies geschieht auf derjenigen Seite des Motors, nach der die Drehung stattfindet, was bedeutet, dass im Falle des Einstellelements 16 dessen Bewegung nach innen be- oder verhindert wird und das entsprechende Hemmnis erfasst (detektiert) würde. In einer besonders vorteilhaften Konstruktion ist der Gummiklotz 10 vorgespannt, so dass das piezoelektrische Element sowohl bei Druck- als auch bei Zugbelastung ein Signal abgibt. Durch eine Druckbelastung des piezoelektrischen Elementes 2 wie auch bei einer entsprechenden Zugkraft ändert sich die Belastung des piezoelektrischen Elementes, d. h. sie verringert sich, und dadurch werden in Übereinstimmung bzw. im Takt mit der Änderung Signale abgegeben. Es versteht sich, dass das piezoelektrische Element diese Signale nur in Übereinstimmung mit bzw. im Takt einer steigenden Druckbelastung abgeben werden.
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5 und 6 der Zeichnung zeigen einen Möbeltrieb 17 für das Heben und Senken der Rücken- und Fußsektion eines Hebebettes. An jedem Ende dieses Möbeltriebes ist ein Linearantrieb angebracht, der einen Elektromotor 19 umfasst. Letzterer treibt über ein Getriebe, hier in Form eines Schneckentriebes, eine Spindel 21 an, auf der sich ein Einstellelement 22 befindet, das zusammen mit der Spindelmutter als Einheit ausgebildet ist. Dieses Einstellelement beeinflusst ein Paar Arme 23 auf einer Drehachse 24, die die Rücken bzw. Fußsektion dreht. Die erwähnte Anordnung ist so getroffen, dass die Spindel 21 mit Zugkraft beaufschlagt wird und mittels eines Zugkräfte aufnehmenden Lagers 25 in einem Gehäuse 26 des Möbeltriebes gelagert ist. Dieses ”Zuglager” 25 ist in einer Schale an einer Querwand 27 im Gehäuse 26 angebracht. Die Querwand 27 bildet zusammen mit einer in Richtung nach innen angebrachten weiteren Querwand 28 und zwei sich im Wesentlichen in Längsrichtung erstreckenden Wandelementen 29, 30 an den Enden der beiden Querwände eine Kammer 31. In dieser Kammer 31 ist ein Gummiklotz 3 mit einem Piezoelement angebracht. Die Querwand 27, gegen die das Zuglager 25 anliegt, wird in Abhängigkeit von der Belastung an dem Zuglager 25 deformiert, und das Piezoelement wird entsprechend belastet. Wird z. B. während einer Absenkbewegung der Rückensektion irgendetwas zwischen der Rückensektion und dem Bettrahmen eingeklemmt, so wird dieser Umstand durch das Piezoelement signalisiert. Über einen Signalverarbeitungs-Schaltkreis empfängt die Steuereinheit das Signal und damit den Befehl, den Motor 19 anzuhalten und für eine kurze Zeitspanne umzukehren, um die Rückensektion anzuheben und so das eingeklemmte Objekt sofort frei zu geben. Der Antrieb für das Fußsektion des Bettes an dem anderen Ende des Möbeltriebes ist in der gleichen Weise ausgebildet.
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7 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der zur Klemmdetektion bestimmten Vorrichtung, bei der der elastische polymere Werkstoff 3 aus zwei um das piezoelektrische Element 2 herum zusammengefügten Teilen 3a, 3b gebildet wird. Wie man erkennt, hat das eine Teil 3b eine kreisförmige Aussparung 26 mit einer Erhebung 27, deren Endfläche 28 gekrümmt oder kugelförmig ist. Das piezoelektrische Element 2 ist auf dem anderen Teil 3a abgestützt. Dieses andere Teil 3a, das von einer kreisförmigen Scheibe gebildet wird, passt in die Aussparung 26 des Teiles 3b hinein. Es hat sich gezeigt, dass die gekrümmte oder kugelförmige Endfläche 28, die sich im Kontakt mit dem piezoelektrischen Element befindet, ein geeignetes Signal von dem piezoelektrischen Element erzeugt, und zwar sowohl hinsichtlich der Spannungsamplitude als auch der Impulsdauer. Dies beruht, wie man nach den durchgeführten Versuchen mit höchster Wahrscheinlichkeit unterstellen kann, darauf, dass die Größe der Kontaktfläche des elastischen Werkstoffes in Abhängigkeit von der Druckbelastung variabel ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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