DE4419781C2 - Geregelter Antrieb für pendelschwingungsfähige Sitz- oder Liegemöbel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen automatischen Antrieb für pendelschwingungsfähige Sitz- oder Liegemöbel. Solche Möbel sind beispielsweise Babywiegen, Holly­ woodschaukeln, Kinderschaukeln, Kinderbetten oder Betten. Diese werden üblicherweise vom Menschen in eine Pendelschwingung versetzt und in dieser gehalten, um einen darauf sitzenden oder liegenden Menschen zu beruhigen, beispielsweise bei Babywiegen, Hollywood­ schaukeln, Kinderbetten oder Betten, oder anzuregen, beispielsweise bei Kinderschaukeln. Die Erfindung er­ setzt die manuelle Bedienung, wenn dieses gewünscht wird und entlastet damit eine Bedienungsperson.

Es ist bekannt, pendelschwingungsfähige Sitz- oder Liegemöbel, wie beispielsweise Kinderwiegen, mit ei­ nem starren Antrieb, wie beispielsweise einem Exzen­ terantrieb, auszurüsten, um eine periodische Schaukel­ bewegung zu erzwingen (US 4.028.753, DE 30 42 314, DE 35 30 527 A1). Diese haben den Nachteil einer unna­ türlichen, nicht beeinflußbaren Bewegungsführung mit einem hohen Energieaufwand, weil sie nicht mit der Eigenfrequenz des Möbels arbeiten. Weiterhin sind Lö­ sungen bekannt, die beispielsweise über einen Elektro­ magneten und eine flexible Krafteinleitung (DE-GM 75 20 683) in Verbindung mit einer Kontaktsteue­ rung eine Eigenschwingung anregen oder es sind andere mechanische Lösungen angegeben, die annähernd in der Eigenschwingungsform arbeiten. Solche Lösungen erwiesen sich als entweder nicht hinreichend funktional oder als zu aufwendig.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Erreichung einer durch die Kombination von beweglichem Möbel­ teil sich darauf befindlicher Person vorgegebenen und daher natürlichen, periodischen Schaukelbewegung mit der Eigenfrequenz des betrachteten Systems. Der vor­ geschlagene geregelte Antrieb zielt weiterhin auf fol­ gende Eigenschatten ab:

• - Flexibilität gegenüber Änderungen der Pendel­ eigenfrequenz während des Betriebs,
• - Unempfindlichkeit gegenüber inneren und äuße­ ren Störungen des Bewegungsablaufs,
• - minimalen Energiebedarf zur Aufrechterhaltung der Bewegung,
• - ein antriebsschonendes Regelungskonzept,
• - die Fähigkeit zum Aufschaukeln der Anordnung aus dem Stillstand heraus,
• - eine automatische Begrenzung auf eine vorbe­ stimmte Winkelamplitude,
• - geringen Bauaufwand und
• - eine Anbaumöglichkeit an handelsübliche be­ wegliche Möbel.

Die genannten Ziele realisiert die vorliegende Erfin­ dung durch die in den Patentansprüchen aufgeführten Ausführungsformen.

Nach Patentanspruch 1 besteht der geregelte Antrieb für pendelschwingungsfähige Sitz- oder Liegemöbel aus dem Regelungs- und dem Antriebssystem, durch deren Kombination ein bewegliches Möbelteil bis zur Errei­ chung einer gewünschten Winkelamplitude in seiner Ei­ genschwingungsform aufgeschaukelt und diese beliebig lange aufrechterhalten werden kann.

Dazu wird nach Patentanspruch 2 mindestens eine der Bewegungsgrößen Winkel, Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung des beweglichen Möbelteils mit einem Sensor erfaßt, oder aus einem Sensorsignal errechnet, und als Eingangsgröße vom Regler genutzt. Der Vorteil dieser sensorgesteuerten Antriebsregelung liegt in der selbsttätigen Anpassung an die vom bewegli­ chen Möbelteil mit Inhalt und aufsitzenden Personen vorgegebenen, inkonstanten Eigenschwingungsform. Dadurch wird der Energiebedarf minimal und das Be­ wegungsverhalten für den Menschen angenehm.

In Patentanspruch 3 wird der zur Regelung vorteil­ hafterweise eingesetzte Microcontroller beschrieben, welcher frei programmierbare Regelungsstrategien, nach Patentanspruch 4 vorteilhafterweise nach dem Prinzip der Fuzzy Logic, auswertet, und dadurch in Ab­ hängigkeit von den Eingangsgrößen als Ausgangsgröße ein Steuersignal für den Antrieb errechnet. Die freie Programmierbarkeit erleichtert zukünftige Optimierun­ gen und Adaptionen. Besonders die eingesetzte Fuzzy Logic erlaubt kurze Entwicklungszeiten.

Der Antrieb besteht nach Patentanspruch 5 aus ei­ nem Elektromotor, welcher über ein Antriebsrad, vor­ teilhafterweise ein Reibrad, auf eine vorteilhafterweise konzentrisch in möglichst großem Abstand zum Dreh­ punkt des beweglichen Möbelteils angeordnete Gegen­ bahn einwirkt, die bevorzugt unterhalb der Sitz- oder Liegefläche mit dieser fest verbunden ist Vorteil des Reibradantriebes sind die Geräuscharmut und die gerin­ gen Fertigungskosten. Vorteil der konzentrisch ange­ ordneten Gegenbahn ist die bei kleinem Antriebsrad realisierte große Übersetzung, wodurch der Elektromo­ tor hinsichtlich Drehmoment und Bauaufwand mini­ miert werden kann. Ein zusätzliches Getriebe ist nicht erforderlich.

Insbesondere vorteilhaft ist nach Patentanspruch 6, daß der Elektromotor mit dem Antriebsrad am stationä­ ren Möbelteil gelenkig angebracht ist und mittels einer Feder an die Gegenbahn gedrückt wird, wodurch eine Achsabstandsunempfindlichkeit erreicht und die Reali­ sierung einer Selbstverstärkung ermöglicht wird. Die Achsabstandsunempfindlichkeit erleichtert die Monta­ ge, welche auch nachträglich vom Endverbraucher an vorhandenen Möbeln erfolgen kann, und führt zu einer hohen Funktionssicherheit.

Als Alternative zur starren Gegenbahn nach Patent­ anspruch 5 kennzeichnet Patentanspruch 7 eine Ausfüh­ rungsform, in der das Antriebsrad auf eine gerade Ge­ genbahn, vorteilhafterweise eine Zahnstange, einwirkt, welche einseitig mit dem beweglichen Möbelteil über ein Gelenk verbunden ist und zur Aufrechterhaltung des Kraftschlusses auf geeignete Weise gegenüber dem Antriebsrad abgestützt wird. Obwohl die Ausführungs­ form nach Patentanspruch 5 den geringeren Bauauf­ wand aufweist, könnte sich die Ausführungsform nach Patentanspruch 7 bei spezifischen pendelschwingungs­ fähigen Sitz- oder Liegemöbeln als technisch vorteilhaf­ ter erweisen.

Marktübliche Babywiegen und Hollywoodschaukeln sind durch Anordnungen mit fester Drehachse durch ausgebildete Gelenke gekennzeichnet. Um mit der Er­ findung auch neue pendelschwingungsfähige Sitz- oder Liegemöbel zu erschaffen, wie beispielsweise Kinder­ betten oder Betten, kann nach Patentanspruch 8 eine virtuelle Drehachse des beweglichen Möbelteils durch die Kombination von nach oben geöffneten, gekrümm­ ten Rollenbahnen und Rollen vorgegeben werden, wo­ bei vorteilhafterweise Rollenbahnen beidseitig an den Enden der Sitz- oder Liegefläche parallel zueinander angeordnet sind. Dadurch sind oberhalb der Sitz- oder Liegefläche keine Bauelemente vorhanden.

Nach Patentanspruch 9 wird als Sensor vorteilhafter­ weise ein Potentiometer oder ein mit der Motorwelle gekoppelter Tachogenerator eingesetzt. Beide Alterna­ tiven sind kostengünstig und hinreichend funktional.

Da Zeitpunkt und Menge der Energieabgabe des An­ triebs aufgrund der Auswertung der Bewegungsgrößen mit einer sinnvollen Regelstrategie von der Bewegung selbst gesteuert werden kann, ist eine Anpassung an die jeweilige Pendeleigenfrequenz möglich, so daß auf Än­ derungen derselben oder Störungen flexibel reagiert werden kann. Eine weitere Folge ist ein minimaler Ener­ giebedarf zur Aufrechterhaltung der Bewegung, da im­ mer der Resonanzbereich genutzt wird. Eine Begren­ zung auf eine maximal mögliche Winkelauslenkung ist ebenfalls leicht in die Regelstrategie aufzunehmen, diese Eigenschaft ist damit unabhängig von der speziellen Ausführungsform des Möbels und der Motorkennlinie zu gewährleisten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen

Fig. 1 das für alle Ausführungsformen geltende Sy­ stembild;

Fig. 2 ein beispielhaftes Kennfeld, in dem das Regel­ verhalten als Abhängigkeit der Ausgangsgröße Motor­ spannung von den Eingangsgrößen Winkelgeschwindig­ keit und Winkel abgebildet ist;

Fig. 3 zwei Teilansichten einer handelsüblichen Baby­ wiege, die mit der vorliegenden Erfindung nachträglich ausgestattet wurde;

Fig. 4 eine zu den marktüblichen Möbeln alternative, speziell zur vorliegenden Erfindung entwickelte Aus­ führungsform, die beispielsweise als pendelschwin­ gungsfähiges Liegemöbel gestaltet werden kann.

Das geregelte Antriebssystem nach Fig. 1 beinhaltet eine geeignete Sensorik 4, welche die zur Regelung nöti­ gen Bewegungsgrößen, die aus der Schaukelbewegung des beweglichen Möbelteils abgeleitet werden, erfaßt. Desweiteren beinhaltet es einen Regler 1, der in Abhän­ gigkeit von vorliegenden Eingangsgrößen unter Be­ rücksichtigung einer Regelstrategie, die z. B. in Form eines Kennfeldes innerhalb des Reglerteils gespeichert ist, ein Stellsignal für den Antrieb liefert. Ebenfalls bein­ haltet es den Antrieb 2, der unmittelbar auf den bewegli­ chen Möbelteil 3 einwirkt und die zur Beschleunigung und zum Ausgleich von Reibungsverlusten nötige Ener­ gie bereitstellt.

Nach Fig. 3 besteht eine vorteilhafte Ausführungs­ form des Antriebs 2 an einer handelsüblichen Babywie­ ge aus dem Elektromotor 6 mit seinem Antriebsrad 7, welches auf einer konzentrisch um die Wiegenachse 50 verlaufenden Gegenbahn 9, die unter dem beweglichen Wiegenteil 8 mit diesem fest verbunden ist, abrollt. Der Elektromotor 6 ist dabei gelenkig mit dem stationären Wiegenteil 10 verbunden, wobei die Gelenkachse paral­ lel zu den Drehachsen der Babywiege und des Elektro­ motors 6 steht. Eine Feder 11, die zwischen stationärem Möbelteil 10 und Elektromotor 6 gespannt ist, zieht das Antriebsrad 7 gegen die Gegenlaufbahn 9.

Die spezielle Ausführungsform pendelschwingungs­ fähiger Sitz- oder Liegemöbel nach Fig. 4 besteht aus der Sitz- oder Liegefläche 12, an die mehrere Rollen 14 angebracht sind. Diese Rollen 14 laufen auf vorteilhaf­ terweise zwei Rollenbahnen 13 ab. Durch die nach oben geöffnete Krümmung der Rollenbannen 13 ergibt die Ausführungsform eine Drehachse oberhalb der Sitz- oder Liegefläche 12, wodurch diese pendelschwingungs­ fähig wird.

Claims (9)

1. Geregelter Antrieb für pendelschwingungsfähige Sitz- oder Liegemöbel, gekennzeichnet durch ein Regelungs- (1) und Antriebssystem (2), welches das bewegliche Möbelteil (3) bis zur Erreichung einer gewünschten Winkelamplitude in seiner Eigen­ schwingungsform aufschaukelt und diese beliebig lange aufrechterhält.

2. Geregelter Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Bewe­ gungsgrößen Winkel, Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung mit einem Sensor (4) erfaßt oder aus einem Sensorsignal errechnet wird und als Eingangsgröße vom Regler (1) genutzt wird.

3. Geregelter Antrieb nach Anspruch 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß vorteilhafterweise ein Microcontroller zur Regelung eingesetzt wird, in welchem die Regelungsstrategie beispielsweise in Form eines Kennfeldes (5) gespeichert ist und der dadurch in Abhängigkeit von den Eingangsgrößen als Ausgangsgröße ein Steuersignal für den Antrieb errechnet.

4. Geregelter Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Microcontroller vorteil­ hafterweise nach dem Prinzip der Fuzzy-Logic operiert.

5. Geregelter Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (2) aus einem Elektromotor (6) besteht, welcher über ein An­ triebsrad (7), vorteilhafterweise ein Reibrad, auf ei­ ne vorteilhafterweise konzentrisch in möglichst großem Abstand zum Drehpunkt des beweglichen Möbelteils (8) angeordnete Gegenbahn (9) ein­ wirkt, die bevorzugt unterhalb der Sitz- oder Lie­ gefläche mit dieser fest verbunden ist.

6. Geregelter Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (6) mit dem Antriebsrad (7) am stationären Möbelteil (10) ge­ lenkig angebracht ist und mittels einer Feder (11) an die Gegenbahn (9) gedrückt wird, wodurch eine Achsabstandsunempfindlichkeit erreicht und die Realisierung einer Selbstverstärkung ermöglicht wird.

7. Geregelter Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alternativ zu Anspruch 5 eine Ausführungsform gewählt wird, in der das An­ triebsrad auf eine gerade Gegenbahn, vorteilhaf­ terweise eine Zahnstange, einwirkt, welche einsei­ tig mit dem beweglichen Möbelteil über ein Gelenk verbunden ist und zur Aufrechterhaltung des Kraftschlusses auf geeignete Weise gegenüber dem Antriebsrad abgestützt wird.

8. Geregelter Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alternativ zu üblichen Anord­ nungen von beweglichen Möbeln mit fester Dreh­ achse durch ausgebildete Gelenke eine Ausfüh­ rungsform gewählt wird, in der eine virtuelle Dreh­ achse des beweglichen Möbelteils (12) durch die Kombination von nach oben geöffneten, gekrümm­ ten Rollenbahnen (13) und Rollen (14) vorgegeben wird, wobei vorteilhafterweise Rollenbahnen (13) beidseitig an den Enden der Sitz- oder Liegefläche parallel zueinander angeordnet sind.

9. Geregelter Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor (4) vorteilhafter­ weise ein Potentiometer oder ein mit der Motor­ welle gekoppelter Tachogenerator eingesetzt wird.