DE202011005606U1

DE202011005606U1 - Vorrichtung zum Positionieren einer Kolbenstange eines magnetorheologischen Dämpfers

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Publication number: DE202011005606U1
Application number: DE202011005606U
Authority: DE
Original assignee: Iws Handling & Co KG GmbH
Current assignee: X Tek De GmbH
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2021-04-28

Abstract

Vorrichtung (100) zum Positionieren einer Kolbenstange (18) eines magnetorheologischen Dämpfers (10), der mit einem Sitz (200) verbunden ist und mit einem Chassis (202), insbesondere eines mobilen Arbeitsmittels, wobei ein Abstand zwischen dem Sitz (200) und dem Chassis (202) einer vorbestimmten Position der Kolbenstange (18) innerhalb des Dämpfers (10) zugeordnet ist und der Abstand mittels Volumenänderung einer Luftfeder veränderbar ist, die von einer Pumpe-Ventil-Einheit (102) steuerbar ist, mit einer Steuerung (104), welche – einen Wegsensor (106) zur Bestimmung eines Ist-Abstands zwischen dem Sitz (200) und dem Chassis (202) aufweist, und – einen Speicher (108) umfasst, der einen Minimalabstand und einen Maximalabstand enthält, die den Extremstellen der Position der Kolbenstange (18) entsprechen, und – ein Mittelwert (M) von dem Minimalabstand und dem Maximalabstand von der Steuerung (104) ermittelbar ist, und – ein Vergleicher (110) der Steuerung (104) innerhalb eines vorbestimmbaren Zeitintervalls eine Differenz zwischen dem mittels Wegsensor...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Positionieren einer Kolbenstange eines magnetorheologischen Dämpfers. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Sitz mit erfindungsgemäßer Vorrichtung und einen Sitz mit einer Horizontaldämpfung und/oder Vertikaldämpfung, die von der Vorrichtung gesteuert und mit einem magnetorheologischen Dämpfer ausgestattet ist.
Technisches Gebiet
Eine Europäische Richtlinie 2002/44/EG fordert von Arbeitgebern, das technisch Mögliche umzusetzen, um Mitarbeiter vor den Gesundheitsschäden durch Humanschwingungen – sogenannte Ganzkörperschwingungen – zu schützen. Die Vertikaldämpfung dämpft Schwingungen – wie bei einem Schlagloch –, die auf einen Bediener eines mobilen Arbeitsmittels als eine Streck- und eine Stauchbelastung für Wirbelsäule und Bandscheiben auftreten können. Einen optimal schwingungsgedämpften Arbeitsplatz anzubieten ist Bestandteil eines zeitgemäßen betrieblichen Gesundheitsschutzes. Ziel ist es dabei, einen Fahrzeugsitz eines gewerblich genutzten Fahrzeugs von hoch- wie niederfrequenten Schwingungen zu isolieren.
Passive Dämpfer sind lediglich für eine Art von hoch- oder niederfrequenten Schwingungen zu optimieren. Aktive Schwingungsdämpfer sind als weiterer Lösungsansatz im Fahrzeugeinsatz ungeeignet, da der Energieverbrauch meist sehr hoch ist.
Eine gute Alternative bilden semiaktive Dämpfer, deren Dämpfercharakteristik sich beispielsweise durch magnetorheologische Flüssigkeiten in einem Hydraulikdämpfer verändern lassen.
Für den magnetorheologischen Dämpfer sind Steuerungsverfahren wie eine sogenannte Skyhook-Steuerung und modifizierte Steuerungsverfahren eingesetzt worden. Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der WO 97/40993 bekannt. Auf die in dieser Druckschrift definierten Merkmale wird im Folgenden Bezug genommen werden. Der dort offenbarte Regler nutzt als Regelgröße eine relative Verschiebung des Dämpfers und vergleicht diese mit einer absoluten Geschwindigkeit des Sitzes bezüglich ihrer Vorzeichen. Zur Bestimmung der absoluten Geschwindigkeit wird am Sitz ein Beschleunigungssensor eingesetzt und die gemessenen Werte werden integriert.
Dieser Regler „reagiert” erst auf eine Beschleunigung des Sitzes und steuert erst danach den Dämpfer an. Hierbei sind bereits relativ große Massen, zusammengesetzt aus Sitz, Unterkonstruktion und einer darauf sitzenden Person, in Bewegung beziehungsweise Belastungen an der Wirbelsäule zu befürchten.
Analog nutzt ein aus der WO 97/10118 A1 offenbartes Sitzdämpfersystem einen Wegsensor zur Bestimmung einer Sitzposition, wobei die Steuerung die Änderung der Sitzposition als Regelgröße für die Änderung der Dämpfercharakteristik einsetzt. Die Sitzposition kann aber auch ohne schädliche Schwingung beispielsweise durch Veränderung der Sitzposition der darauf sitzenden Person verändert werden. Die Störung des Systems durch die zu dämpfende Schwingung ist hier nur zu erfassen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Positionieren einer Kolbenstange eines magnetorheologischen Dämpfers anzugeben, der die vorstehend beschriebenen Probleme vermeidet, wobei ein maximaler Dämpferweg in Kompressions- und Expansionsrichtung des Sitzes bereitzustellen ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Der Speicher wird mit den Messwerten des Wegsensors versehen, die den Extremstellen bei maximaler Expansion beziehungsweise maximaler Kompression des Dämpfers entsprechen. Der arithmetische oder gewichtete Mittelwert sorgt für eine optimale Einstellung der Kolbenstange, wobei ein an der Kolbenstange angeordneter Kolben in etwa mittig eines mit der magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllten Arbeitsraums positionierbar ist. Ein entsprechend gut geeigneter Einrohrdämpfer ist in einer taggleich beim deutschen Patent- und Markenamt eingereichten zweiten Anmeldung mit internen Aktenzeichen „IWS 1” offenbart und wird vollumfänglich in diese Beschreibung einbezogen. Das Volumen der Luftfeder wird dabei faktisch „automatisch” an das Personengewicht der auf dem Sitz sitzenden Person angepasst. Die Pumpe-Ventil-Einheit kann somit zum Ausgleich von sehr niedrigen Frequenzen beitragen.
Die erfindungsgemäße Steuerung nutzt den Beschleunigungssensor, welcher am Chassis angeordnet ist, um den Dämpfer zu steuern. Entscheidend für die Erfindung ist hierbei die Erkenntnis, dass sich erst das Chassis in eine der drei Raumkoordinaten beschleunigen muss, bis der Sitz eine Beschleunigung – sprich Schwingung – erfährt. Die Steuerung „reagiert” somit schon im Vorfeld auf die äußere Störung eines Gleichgewichts zwischen Sitz und Chassis, bevor sich die zu dämpfende Masse überhaupt in Bewegung setzt.
Die hierfür notwendigen Daten zur Steuerung des Dämpfers in Abhängigkeit von Frequenz und Personengewicht sind für jede Dämpfer-Sitz-Kombination einzigartig. Diese Daten können aber im Simulator optimiert und ermittelt werden. Durch Zuordnung entsprechender Beschleunigungswerte für das Chassis kann die Steuerung entsprechende Ausgangssignale aus dem Speicher auslesen. Das Personengewicht ist mittels eines Gewichtssensors ermittelbar und wird beispielsweise zu Beginn des Betriebs der Steuerung im Speicher abgelegt und kann bedarfsweise überschrieben werden.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Vorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sitz derart weiterzubilden, dass der Sitz für ein mobiles Arbeitsmittel wie ein landwirtschaftliches Fahrzeug, einen Kran, ein Industrie- oder Baufahrzeug einsetzbar ist.
Eine weitere Aufgabe ist es, die Vibration nicht nur in vertikaler Richtung wirksam zu verringern.
Anhand von Zeichnungen soll die Erfindung nunmehr im Rahmen von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, wobei keinerlei Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele beabsichtigt ist.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische, nicht maßstabgerechte Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 eine schematische Darstellung einer Steuerung von einem zweiten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung; und
3 ein Diagramm mit gegenübergestellten Amplitudenvergrößerungsfaktoren über die Erregerfrequenz von passiven Dämpfern, einem semiaktiven Dämpfer mit einer Steuerung nach Sky-Hook-Verfahren und einem ersten Ausführungsbeispiel einer Kombination aus erfindungsgemäßer Vorrichtung mit einem magnetorheologischen Dämpfer.
Soweit im Folgenden nichts anderes gesagt ist, bezieht sich die nachfolgende Beschreibung stets auf alle Ausführungsbeispiele der 1 bis 3, wobei gleiche Bezugszeichen stets dieselben konstruktiven Merkmale beschreiben.
In 1 ist ein magnetorheologischer Dämpfer 10 zur Dämpfung von Relativbewegungen zwischen einem Sitz 200 und einem Chassis 202, hier eines mobilen Arbeitsmittels, veranschaulicht. Dieser Einrohrdämpfer 10 ist mittels Kolbenstange 18 mit dem Sitz 200 verbunden. An der Kolbenstange 18 ist ein Kolben angeordnet, der innerhalb des Dämpfers 10 verschiebbar ist, wobei eine Flüssigkeit den Kolben 20 reibbeaufschlagt. Diese Flüssigkeit ist mittels Magnetfeld in ihren rheologischen Eigenschaften steuerbar und ist unter der Bezeichnung MR2978 von BASF SE kommerziell erhältlich. Das Magnetfeld ist von einer Magnetspule erzeugbar, die mittels einer Steuerung 104 mit elektrischer Energie versorgt ist.
Ein Ende der Kolbenstange 18 ist vollständig vom Kolbenstangenraum 24 umgeben. Nähert sich die Kolbenstange 18 beispielsweise ihrem maximalen Eindringpunkt in den Dämpfer 10, so ändert ein Anschlagsensor 52, der am Fuße des Kolbenstangenraums 24 angeordnet ist, eine seiner elektrisch auswertbaren Eigenschaften. Beispielsweise wird der Widerstand des Anschlagsensors 52 sehr groß oder sehr klein und kann von der Steuerung 104 ausgewertet und überwacht werden, um vor Erreichen dieses Punkts die Dämpfercharakteristik zu verändern. Dies tritt beispielsweise im Falle eines Schlaglochs unter schneller Absenkung des Chassis 202 ein.
Die Steuerung 104 der Vorrichtung 100 betätigt weiterhin eine Pumpe und/oder ein Ventil der Pumpe-Ventil-Einheit 102, um ein Volumen einer Luftfeder zu steuern. Eine Höheneinstellung des Sitzes 200 ist mittels Änderung des Volumens der Luftfeder steuerbar. Die Kolbenstange 18 des Dämpfers 10 ist dabei von der Steuerung 104 in etwa mittig positioniert.
Zur Bestimmung eines Ist-Abstands des Sitzes 200 umfasst die Vorrichtung 100 einen Wegsensor 106 und einen Speicher 108, der zwei Extremstellen der Kolbenstellung enthält. Diese gespeicherten Extremstellen stellen den elektrisch auslesbaren Zustand des Wegsensors 106 dar, wenn der Sitz 200 in seiner niedrigsten beziehungsweise höchsten noch abgefederten Position ist. In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100 nach der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Die niedrigste Position entspricht hierbei einem kleineren Abstand zwischen Sitz 200 und dem Chassis 202 als der höchsten Position. Anders gesagt entspricht der Maximalabstand von Sitz 200 zum Chassis 202 einem „Totpunkt” der Kolbenstange 18 innerhalb des Dämpfers 10 und der Minimalabstand dem zweiten „Totpunkt”. Aus den Extremstellen ist von der Steuerung 104 ein Mittelwert M mittels eines Vergleichers 110 ermittelbar. Die Steuerung 104 bestimmt innerhalb eines vorbestimmbaren Zeitintervalls eine Differenz zwischen dem anliegenden Ist-Abstand und dem Mittelwert M. Die Steuerung 104 öffnet das Ventil der Pumpe-Ventil-Einheit 102, falls die Differenz positiv ist, was gleichbedeutend ist mit einem Ist-Abstand oberhalb des Mittelwerts M, und das Volumen der Luftfeder sinkt. Anderenfalls betätigt die Steuerung 104 die Pumpe der Pumpe-Ventil-Einheit 102, falls die Differenz negativ ist beziehungsweise der Ist-Abstand unterhalb des Mittelwerts M liegt, und das Volumen steigt. Bei einer Differenz von Null wird weder Ventil noch Pumpe betätigt.
Der bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendete Wegsensor 106 ist ein Potentiometer 50, der an einer Innenseite des Kolbenstangenraums 24 angeordnet ist und aus einem an der Kolbenstange 18 angeordneten Schleifkontakt und einem damit zusammenwirkenden Widerstandselement besteht, dessen Widerstand in etwa proportional zu einer Positionsanderung der Kolbenstange 18 steigt oder fällt. Als Wegsensor 106 kommt auch ein Kondensator in Betracht, wobei die Kapazität durch Änderung eines Kolbenstangenabstands zu einem Punkt innerhalb des Kolbenstangenraums 24 in etwa proportional steigt oder fällt. Auch induktive Wegaufnehmer sind geeignet. Der Wegsensor 106 kann als Spule fungieren, deren Induktivität bei Änderung eines Kolbenstangenabstands in etwa proportional steigt oder fällt. Derartige Spulen, Kondensatoren und Potentiometer sind – wenn auch für andere Zwecke – bekannt und können vom Fachmann als Wegsensor 106 eingesetzt werden. Durch die Anordnung im Kolbenstangenraum 24 des Dämpfers 10 ist eine bessere Raumausnutzung unterhalb des Sitzes 200 möglich. Zugleich ist diese Meßanordnung vor Dreck, Feuchtigkeit und mechanischen Beeinträchtigungen bestmöglich geschützt.
Ein weiterer geeigneter Wegsensor 106 ist als Seilzuglängengeber ausgebildet, wobei ein Ende des Seils mit dem Sitz 200 verbunden ist und bei Änderung der Höhe eine mit dem Seil verbundene Seiltrommel dreht, wobei die Drehung von einem Geber – beispielsweise wiederum einem Potentiometer – in eine Spannung umwandelbar ist, die in etwa proportional steigt oder fällt. Auch ein Hallsensor ist als kontaktloser Wegsensor 106 einzusetzen, wobei ein Positionsmagnet auf einer Welle der scherenförmigen Unterkonstruktion 204 des Sitzes 200 angeordnet ist. Eine Spannung über ein strombeaufschlagtes Hallelement steigt oder fällt in etwa proportional mit dessen Winkelabweichung des Positionsmagneten bei Änderung der Höhe. Solche Hallelemente sind kommerziell auch von der novotechnik in Deutschland erhältlich.
Der Wegsensor 106 kann des Weiteren mittels einer Magnetostriktion realisiert werden. Ein Wellenleiter ist entlang aller Höhenpositionen des Sitzes 200 angeordnet, wobei ein Magnetfeldgeber am Sitz 200 positioniert ist. Mittels sehr kurzem Stromimpuls durch den Wellenleiter und durch Zusammenwirken mit dem Magnetfeld am Sitz 200 entsteht eine Torsionswelle, die in einem Wellenwandler an dem Wellenleiter in die Sitzposition des Magnetfelds umsetzbar ist. Solche Positionssensoren werden von der Fa. MTS Sensors vertrieben.
In 1 ist schließlich eine weitere Ausführungsform des Wegsensors 106 dargestellt. Ein linear variabler Differential-Transformator LVDT umfasst eine mit Wechselspannung beaufschlagte Primärspule L1, die hier am Zentrallager der scherenförmigen Unterkonstruktion 204 angeordnet ist. In der Mittelstellung des Sitzes 200 sind zwei Sekundärspulen L2 an den Schenkelenden der Unterkonstruktion 204 symmetrisch angeordnet. Da die Schenkel der Unterkonstruktion vom Zentrallager nicht mittig geteilt sind und die Schenkel unterhalb des Zentrallagers kürzer als oberhalb sind, verschieben sich bei Änderung der Höhe die Sekundärspulen L2 asymmetrisch zur Primärspule L1 und eine Spannung über den Sekundärspulen L2 steigt in etwa proportional an oder fällt.
Die in 2 gezeigte Steuerung 104 ist mittels einer Sitzbelegungserkennung 112 schaltbar. Die Vorrichtung 100 wird automatisch erst in Betrieb gesetzt oder außer Betrieb gesetzt, wenn der gesteuerte Sitz 200 eine oder keine Belegung mit einer Person signalisiert. Die Sitzbelegungserkennung 112 ist als eine Sitzmatte mit drucksensitiven Widerständen oder als ein gefülltes Kissen mit Drucksensor ausgestaltet, die auf der Sitzfläche 206 zwischen Polsterung und Bezug angeordnet ist. Alternativ wertet die Sitzbelegungserkennung 112 eine Gewichtskraft an mindestens einem Befestigungspunkt zwischen Sitz 200 und Chassis 202 – etwa an einem Lager der Unterkonstruktion 204 – aus oder analysiert ein die Sitzbelegung anzeigendes Signal. Ein Fahrzeugbussystem stellt herstellerunabhängig derartige Informationen bereit, wie beispielsweise die Benutzung eines Gurtschlosses, welches einem bestimmten Sitz 200 eines Landfahrzeugs zugeordnet werden kann. Ein Beispiel kann das CanBus-Fahrzeugbussystem sein.
Es bleibt klarzustellen, dass der Wegsensor 106 lediglich Informationen des Ist-Abstands des Sitzes 200 an die Steuerung 104 übermittelt, um die Positionierung der Kolbenstange 18 innerhalb des Dämpfers 10 vorzunehmen. Der Innendruck der Luftfeder stellt sich dabei faktisch automatisch auf das Gewicht der auf dem Sitz 200 sitzenden Person ein.
Für die Schwingungsdämpfung mittels eines magnetorheologischen Dämpfers 10 erzeugt die Steuerung 104 eine erste Ableitung über die Zeit eines im vorbestimmten Zeitintervall aufgenommenen Beschleunigungsmesswertes. Dieser Messwert wird von einem Beschleunigungssensor 208, der am Chassis 202 angeordnet ist, bereitgestellt, wobei Beschleunigungen in x-, y- und/oder z-Richtung ermittelt werden und an die Steuerung 104 übertragbar sind. Die Steuerung 104 verändert ab Überschreitung eines im Speicher 108 veränderlich abgelegten Grenzwertes für die erste Ableitung der Beschleunigung in Vertikalrichtung den Dämpfer 10 derart, dass die Steuerung 104 anhand im Speicher 108 abgelegter Daten an unterschiedliche auf dem Sitz 200 befindliche Personengewichte angepasste Ausgangssignale an die elektrische Spule des Dämpfers 10 überträgt, die ein höheres oder niedrigeres Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld wirkt sodann auf die magnetorheologische Flüssigkeit ein und verändert deren Charakteristik und Reibung zum Kolben.
Diese im Speicher 108 abgelegten Daten sind nach verschiedenen Massen, was gleichbedeutend mit verschiedenen Personengewichten ist, geordnet und werkseitig per Simulation ermittelt worden. Die Steuerung 104 „reagiert” somit nicht auf eine äußere Störung – wie ein Schlagloch – erst auf eine Bewegung des Sitzes 200 sondern überwacht eine Beschleunigung beziehungsweise Verzögerung des Chassis 202. Wird ein Nullband bezüglich der Beschleunigungswerte in Vertikalrichtung (x-Richtung) verlassen, werden abgelegte Spannungen, Strom- oder Magnetfeldstärken aus dem Speicher 108 ausgelesen und auf den magnetorheologischen Dämpfer 10 angewandt.
Wie in 3 gezeigt können passive Dämpfer auf bestimmte Erregungsfrequenzen so optimiert werden, dass deren Vibrationsübertragungsrate kleiner 1 wird. Eine Übertragungsrate oder auch ein Amplitudenvergrößerungsfaktor von kleiner 1 bedeutet, dass die Schwingungen des Chassis 202 unterproportional auf den Sitz 200 übertragen werden oder der Sitz 200 gegen die Schwingung isoliert wird. Das Maximum der Kurven zeigt die Eigenfrequenz einer Kombination aus dem Sitz 200, dem passiven Dämpfer und der Unterkonstruktion 204 an. Je höher die Eigenfrequenz wird, desto seltener tritt Schwebung oder ein Resonanzfall ein. Ein aus dem Stand der Technik bekannter semiaktiver Dämpfer mit einer skyhook-artigen Steuerung vermeidet ein Maximum im Frequenzverlauf nahezu und isoliert gegen niederfrequente Schwingungen zuverlässig. Erst die mit der erfindungsgemäßen Steuerung 104 betriebene Vorrichtung 100 hingegen zeigt eine gute Entkopplung über das gesamte Frequenzband und zeigt keinerlei Maximum mehr, da die erfindungsgemäße Steuerung 104 proaktiv mit dem magnetorheologischen Dämpfer 10 zusammenwirkt.
Der in 1 gezeigte Sitz 200 für ein landwirtschaftliches Fahrzeug ist mittels der in 2 gezeigten Vorrichtung 100 schwingungsgedämpft. Die Vorrichtung 100 steuert den magnetorheologischen Dämpfer 10 durch Änderung der Magnetfeldstärke seiner Spule. Die Gewichtseinstellung des Sitzes 200 erfolgt mittels des LDVT Wegsensors 106. Der Sitz 200 kann statt der gezeigten scherenförmigen Unterkonstruktion 204 auch in der Länge veränderliche Pfosten umfassen. Um die auf dem Sitz 200 befindliche Masse zu bestimmen, ist ein Gewichtssensor 114 zwischen dem Sitz 200 und der Unterkonstruktion 204 eingesetzt, der seine Messdaten an die Steuerung 104 übermittelt. Dies geschieht mindestens zu Beginn mit dem Einschalten der Steuerung per Sitzbelegungserkennung 112 und bedarfsweise bei erheblicher Änderung der Masse. Diese Gewichtssensoren 114 sind beidseits der „Vorderkante” der Sitzfläche 206 angeordnet, wobei die andere Kante mit der Rückenlehne an Position L2 mit Scharnieren gelenkig an der Unterkonstruktion 204 befestigt ist. Diese Variante hat den Vorteil eines relativ geringen Einflusses der Luftfeder auf die Massemessung.
Um neben Schwingungen in der Vertikalen – innerhalb dieser Beschreibung bezieht sich die z-Richtung auf eine Bewegung des Sitzes, des Chassis zum Boden und davon weg – auch Schwingungen in der Horizontalen in x- und y-Richtung abzufangen, ist die Unterkonstruktion 204 ausschließlich über eine Horizontaldämpfereinrichtung 300 mit dem Chassis 202 verbunden. Die Horizontaldämpfereinrichtung 300 wird von der Vorrichtung 100 gesteuert, wobei die Steuerung 104 je einen Einrohrdämpfer 10 zur Schwingungsdämpfung in y-Richtung und z-Richtung ansteuert. Mittels des Beschleunigungssensors 208 werden die Richtungskomponenten der Beschleunigung des Chassis 202 an die Steuerung 104 weitergemeldet und die Steuerung 104 verändert die Dämpfercharakteristik entsprechend der vorstehend beschriebenen Weise für die Vertikalschwingung.
Vorstehend genannte Vorrichtungen 100 können statt für Landfahrzeuge auch für mobile Arbeitsmittel wie Bühnen, Kräne und dergleichen eingesetzt werden, um Vibrationsbelastungen zu minimieren. Auch ist ein Einsatz für Luftfahrzeuge, insbesondere Hubschrauber, wegen entsprechender Vibrationsbelastungen für Bedienungspersonal und „Fahr”gäste von technisch besonderer Bedeutung.
Bezugszeichenliste

10: Einrohrdämpfer
18: Kolbenstange
19: Langloch
24: Kolbenstangenraum
50: Potentiometer
52: Anschlagsensor
100: Vorrichtung
102: Pumpe-Ventil-Einheit
104: Steuerung
106: Wegsensor
108: Speicher
110: Vergleicher
112: Sitzbelegungserkennung
114: Gewichtssensor
CPU: programmgesteuerte Zentraleinheit
M: Mittelwert
200: Sitz
202: Chassis
204: Unterkonstruktion
206: Sitzfläche
208: Beschleunigungssensor
L1: Primärspule
L2: Sekundärspule
LVDT: linear variabler Differential-Transformator
300: Horizontaldämpfereinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 97/40993 [0005]
WO 97/10118 A1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Richtlinie 2002/44/EG [0002]

Claims

Vorrichtung (100) zum Positionieren einer Kolbenstange (18) eines magnetorheologischen Dämpfers (10), der mit einem Sitz (200) verbunden ist und mit einem Chassis (202), insbesondere eines mobilen Arbeitsmittels, wobei ein Abstand zwischen dem Sitz (200) und dem Chassis (202) einer vorbestimmten Position der Kolbenstange (18) innerhalb des Dämpfers (10) zugeordnet ist und der Abstand mittels Volumenänderung einer Luftfeder veränderbar ist, die von einer Pumpe-Ventil-Einheit (102) steuerbar ist, mit einer Steuerung (104), welche – einen Wegsensor (106) zur Bestimmung eines Ist-Abstands zwischen dem Sitz (200) und dem Chassis (202) aufweist, und – einen Speicher (108) umfasst, der einen Minimalabstand und einen Maximalabstand enthält, die den Extremstellen der Position der Kolbenstange (18) entsprechen, und – ein Mittelwert (M) von dem Minimalabstand und dem Maximalabstand von der Steuerung (104) ermittelbar ist, und – ein Vergleicher (110) der Steuerung (104) innerhalb eines vorbestimmbaren Zeitintervalls eine Differenz zwischen dem mittels Wegsensor (106) bestimmten Ist-Abstand und dem Mittelwert (M) bereitstellt, wobei – die Pumpe-Ventil-Einheit (102) von der Steuerung (104) derart angesteuert ist, dass das Volumen der Luftfeder sinkt, falls die Differenz (positiv ist) ergibt, dass der Ist-Abstand größer als der Mittelwert (M) ist und – die Pumpe-Ventil-Einheit (102) von der Steuerung (104) derart angesteuert ist, dass das Volumen der Luftfeder steigt, falls die Differenz (negativ ist) ergibt, dass der Ist-Abstand kleiner als der Mittelwert (M) ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegsensor (106) an einer Innenseite eines die Kolbenstange (18) aufnehmenden Kolbenstangenraums (24) angeordnet ist und – ein Potentiometer (50) ist, mit einem an der Kolbenstange (18) angeordneten Schleifkontakt und einem damit zusammenwirkenden Widerstandselement, dessen Widerstand proportional zu einer Positionsänderung der Kolbenstange (18) steigt oder fällt, und/oder – ein Kondensator ist, wobei die Kapazität durch Änderung eines Kolbenstangenabstands zu einem Punkt innerhalb des Kolbenstangenraums (24) proportional steigt oder fällt, und/oder – eine Spule ist, deren Induktivität bei Änderung eines Kolbenstangenabstands proportional steigt oder fällt, und/oder – der Wegsensor (106) ein linear variabler Differential-Transformator (LVDT) ist, wobei zu einer mit Wechselspannung beaufschlagten Primärspule (L1) am Sitz (200) symmetrisch zwei Sekundärspulen (L2) an einer Unterkonstruktion (204) angeordnet sind, die sich bei Änderung des Ist-Abstands zur Primärspule (L1) asymmetrisch verschieben und eine Spannung über den Sekundärspulen (L2) proportional ansteigt oder fällt, und/oder – ein Seilzuglängengeber ist, wobei ein Ende des Seils mit dem Sitz (200) verbunden ist und bei Änderung des Ist-Abstands eine mit dem Seil verbundene Seiltrommel dreht und die Drehung von einem Geber in eine Spannung umwandelbar ist, die proportional steigt oder fällt, und/oder – ein Hallsensor ist, wobei ein Positionsmagnet auf einer Welle einer scherenförmigen Unterkonstruktion (204) des Sitzes (200) angeordnet ist und eine Spannung über ein strombeaufschlagtes Hallelement proportional ansteigt oder fällt mit dessen Winkelabweichung des Positionsmagneten bei Änderung des Ist-Abstands, und/oder – mittels einer Magnetostriktion realisiert ist, wobei ein Wellenleiter entlang aller Positionen des Sitzes (200) angeordnet ist und ein Magnetfeldgeber am Sitz (200) positioniert ist und mittels Stromimpuls durch den Wellenleiter und durch Zusammenwirken mit dem Magnetfeld am Sitz (200) eine Torsionswelle erzeugbar ist, die in einem Wellenwandler an dem Wellenleiter in die Sitzposition des Magnetfelds umsetzbar ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (104) mittels einer Sitzbelegungserkennung (112) schaltbar ist, wobei die Sitzbelegungserkennung (112) eine Sitzmatte mit drucksensitiven Widerständen und/oder ein gefülltes Kissen mit Drucksensor auf dessen Sitzfläche (206) aufweist und/oder eine Gewichtskraft an mindestens einer Verbindungsstelle zwischen Sitz (200) und Chassis (202) auswertet oder einen Druckschalter zwischen Sitz (200) und Chassis (202) auswertet und/oder über ein Fahrzeugbussystem ein die Sitzbelegung anzeigendes Signal, insbesondere eines Gurtschlosses, analysiert.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (108) mindestens einen Messwert zur Masse einer auf dem Sitz (200) befindlichen Person aufweist, die von einem Gewichtssensor (114) ermittelbar ist, insbesondere der Gewichtssensor (114) mit der Sitzbelegungserkennung (112) kombinierbar ist, wobei insbesondere der Gewichtsensor (114) an einem Sitzflächenende angeordnet ist und der Sitz (200) an seinem anderen Sitzflächenende gelenkig mit dem Chassis (202) verbunden ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (104) eine erste Ableitung über die Zeit eines im vorbestimmten Zeitintervall aufgenommenen Beschleunigungsmesswertes erzeugt, wobei ein diesen Wert erzeugender Beschleunigungssensor (208) am Chassis (202) angeordnet ist und Beschleunigungen in x-, y- und/oder z-Richtung ermittelt und an die Steuerung (104) überträgt, wobei die Steuerung (104) – ab Überschreitung eines im Speicher (108) veränderlich abgelegten Grenzwertes für die erste Ableitung der Beschleunigung in Vertikalrichtung – den magnetorheologischen Dämpfer (10) derart verändert, – dass die Steuerung (104) anhand im Speicher (108) abgelegter Daten an unterschiedliche auf dem Sitz (200) befindliche Massen angepasste Ausgangssignale an den magnetorheologischen Dämpfer (10) überträgt, wobei ein höheres oder niedrigeres Magnetfeld erzeugbar ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (104) mit einem Anschlagssensor (52) verbunden ist, der bei Annäherung der Kolbenstange (18) an einen Wendepunkt im Kolbenstangenraum (24) des magnetorheologischen Dämpfers (10) elektrisch umschaltbar ist und die Steuerung (104) ein Ausgangssignal an den Dämpfer (10) überträgt, das ein höheres oder niedrigeres Magnetfeld erzeugt.
Sitz (200) für ein mobiles Arbeitsmittel, wie ein landwirtschaftliches Fahrzeug, einen Kran, ein Industrie- oder Baufahrzeug, mit einer Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerung innerhalb eines die Kolbenstange (18) aufnehmenden Kolbenstangenraums (24) angeordnet ist.
Sitz (200) nach Anspruch 7, mit einer Horizontaldämpfereinrichtung (300), wobei bei Änderung der Beschleunigung in x- und/oder y-Richtung jeweils die Steuerung (104) den magnetorheologischen Dämpfer (10), der mit dem Sitz (200) und der Horizontaldämpfung (300) in x-Richtung oder y-Richtung verbunden ist, in seiner Dämpfercharakteristik veränderbar ansteuert.