WO2022223602A1 - Antriebssystem, federwiegensystem und verfahren zur simulation eines elastischen spannelements - Google Patents

Antriebssystem, federwiegensystem und verfahren zur simulation eines elastischen spannelements Download PDF

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WO2022223602A1
WO2022223602A1 PCT/EP2022/060396 EP2022060396W WO2022223602A1 WO 2022223602 A1 WO2022223602 A1 WO 2022223602A1 EP 2022060396 W EP2022060396 W EP 2022060396W WO 2022223602 A1 WO2022223602 A1 WO 2022223602A1
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WO
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drive system
drive unit
oscillating
drive
designed
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/060396
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English (en)
French (fr)
Inventor
René Keller
Original Assignee
Qualyfe Holding GmbH
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Publication date
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Priority to CA3215921A priority patent/CA3215921A1/en
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    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47D—FURNITURE SPECIALLY ADAPTED FOR CHILDREN
    • A47D9/00—Cradles ; Bassinets
    • A47D9/02—Cradles ; Bassinets with rocking mechanisms
    • A47D9/057—Cradles ; Bassinets with rocking mechanisms driven by electric motors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47D—FURNITURE SPECIALLY ADAPTED FOR CHILDREN
    • A47D13/00—Other nursery furniture
    • A47D13/10—Rocking-chairs; Indoor Swings ; Baby bouncers
    • A47D13/107—Rocking-chairs; Indoor Swings ; Baby bouncers resiliently suspended or supported, e.g. baby bouncers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47D—FURNITURE SPECIALLY ADAPTED FOR CHILDREN
    • A47D9/00—Cradles ; Bassinets
    • A47D9/02—Cradles ; Bassinets with rocking mechanisms

Definitions

  • the present invention relates to a drive system for a spring cradle, a spring cradle system and a method for simulating an elastic tensioning element.
  • Such a spring cradle usually consists of a reclining device similar to a stretcher, which is attached to a spring suspension.
  • the spring suspension is via an elastic oscillating element, usually a spring, with a suspension verbun which is hung on a frame or other bracket such as door frames, etc. freely swinging.
  • a load-bearing drive system is usually mounted on this suspension.
  • the drive system comprises an electric motor, which periodically exerts a tensile force on the spring suspension via a traction body, causing the stretcher to oscillate up and down.
  • the drive system is connected to the spring suspension via the traction body, with the traction body being permanently tensioned. This is necessary so that the drive system receives information about the compression and rebound movement, for example in order to apply the tensile force in the ascending spring movement and not to apply any force in the descending spring movement. Since the oscillation amplitude varies depending on the installed spring, weight (child plus stretcher, plus accessories, etc.) and applied force, the tension body is equipped with a mechanical tensioning element to ensure that the tension body is permanently under tension. This clamping element is usually implemented as a spiral spring on the drive shaft of the motor.
  • the clamping element ensures that the traction body, despite variable distances resulting from the weight of the child or the stretcher, the built-in springs, the Amplitu denintensity depending on the drive energy, etc., continuously, regardless of the deflection of the spring, with the drive system is connected.
  • a sensor such as a servomotor or dynamo, can record information about the vibration speed and direction and can thus control the energy to amplify or maintain the vibration movement.
  • EP 3 197323 B1 relates to a device for generating a see-saw movement on supports for babies, comprising a frame arranged on a base with a support arm and a traction mechanism which is designed for suspending the support.
  • DE 102018006463 A1 relates to a spring cradle which is suspended from an elastic element and is made to oscillate by an eccentrically rotating mass.
  • a drive system for a spring cradle system for generating an oscillating movement, comprising: a pulling element with a distal end which is designed to be attached to an oscillating element, a drive unit configured to increase and decrease a free length of the pulling member to change a position of the vibrating member relative to the drive system, and a control unit configured to control the drive unit so that a Biasing force acts on the tension element independently of the position of the oscillating element relative to the drive system.
  • a drive system for spring hammocks that operates without a mechanical tensioning element.
  • the drive system can be operated almost silently.
  • this increases the longevity since fewer mechanical components are used.
  • the functionality of a mechanical tensioning element can be imitated algorithmically via a microcontroller-controlled actuation of the drive unit. Thus, no mechanical tensioning element is necessary for the drive system.
  • the drive system includes a drive unit, such as an electric motor with a rotating shaft.
  • the pulling element such as a rope
  • the pulling element can be rolled up, as a result of which a pulling force is passed on through the pulling element in the direction of the drive system.
  • the oscillating element can be moved in the direction of the drive system.
  • the pulling element can be rolled up onto a roller or pulley that is located on the shaft of the drive unit. If the drive unit is not in operation and the oscillating element moves away from the drive system, the tension element can unwind from the roller, so that the shaft of the drive unit rotates in the opposite direction.
  • the free length of the tension element (ie the part of the tension element which corresponds to the distance between the drive system and the oscillating element) can thus be varied. through the Varying the free length of the tension element, a vibration of the vibra gelement can be initiated.
  • An oscillating movement performed by the oscillating element can be a movement, the sequence of which is repeated in the same or very similar form periodically or according to predefined movement patterns, in particular complex movement patterns.
  • the motor can be connected directly to a roller. In other words, in this case no gear or similar can be provided between the motor and the roller. This allows the force to be used efficiently and large leverage effects to be avoided. A small role can also be provided.
  • the roller diameter can essentially correspond to the rotor diameter of the motor.
  • the drive system can be provided with a single-track pulley as a role. More details on the pulley follow below. Nevertheless, it is also conceivable to see a gear which is provided between the motor and the roller in order to step up and/or step down the drive energy of the motor.
  • the pulling element can be a band-like element, such as a rope or cord, which is designed to carry the vibrating element together with a person accommodated therein.
  • a proximal end of the pulling element can be connected to the roller or be in engagement, so that the pulling element is held on the roller even if the pulling element is no longer wrapped around the roller.
  • the distal end of the traction element can be the opposite end of the traction element to the proximal end, which end is connected or can be connected to the vibrating element.
  • a portion (i.e., a particular length range) of the tension member that is not wrapped around the pulley may define the free length of the tension member.
  • the drive unit can be an electric motor, generates a rotational movement by supplying electricity and, for example, by means of a shaft to a role.
  • the direction of rotation of the electric motor can be varied.
  • the drive unit can have sensors that measure the current applied to the drive unit and can thus provide information about the operation of the drive unit.
  • the rotational energy emitted by the drive unit can be measured.
  • the control unit can determine whether or not the tension member is connected with tension to the vibrating member.
  • the prestressing force can therefore be determined by a defined power supply (for example by applying a certain voltage) to the drive unit.
  • the oscillating element can consist of a stretcher or cradle for receiving at least one person and a suspension device from which the stretcher is suspended.
  • the control unit can ensure that the pulling element is always connected to the oscillating element under tension.
  • a sufficiently high minimum force can be applied to the tension element, which pulls the tension element towards the drive system (i.e. applies a torque to the shaft so that the pulley is rotated until the tension element is connected to the vibrating element under tension is).
  • the minimum force can be lower than the weight of the oscillating element without the person being accommodated in it.
  • the control unit can thus simulate the mechanical tensioning element which is used to maintain the tension of the tension element in known spring cradles.
  • the control unit of the drive unit generates a pretensioning force (tractive force) to maintain the tension of the tension element only when this is necessary. Therefore, the drive system of the present invention can be operated more efficiently.
  • control unit can control the drive unit in such a way that the pretension is applied to the tension element.
  • the control unit can control the drive unit in such a way that the pretension is applied to the tension element.
  • a direct connection of the pulling element to the oscillating element can be ensured. This is advantageous, for example, when a person is invited into a suitable device on the oscillating element.
  • the drive unit can be controlled in such a way that no pretension is exerted on the pulling element. Otherwise, the drive unit would generate a force in the opposite direction to the vibration, which would have a negative impact on the electronics, energy consumption and vibration intensity.
  • the pulling element is preferably provided on the drive system in such a way that it extends away from a central point of the drive unit.
  • the central point of the drive unit can be the center of gravity of the drive unit.
  • the central point of the drive unit in a plan view (in the direction of gravity) of the drive unit can be the center point of the drive unit.
  • the drive unit can be designed in such a way that the traction element is guided centrally out of the drive unit.
  • the pulling element can be led out of the drive unit at its center of gravity. From the products known from the prior art, the tension element is offset (ie off-centre) to a center of gravity of the drive unit.
  • the oscillating element is also arranged eccentrically under a drive unit.
  • the drive unit is attached to a cable or a door clip, for example, a pendulum movement is induced by this offset, which results in egg nem swaying of the entire system.
  • a swinging pendulum movement does not occur when the tension element is centered in the drive unit.
  • the drive unit is designed to enable automatic, hands-free operation.
  • this can include two modes. On the one hand, it can be monitored in a stand-by mode as to whether the oscillating element is deflected, which occurs, for example, when a child is inserted. If a deflection is detected, it can be checked whether an oscillating movement can be generated. An oscillating movement can be generated if the oscillating element can oscillate freely. If this is the case, the drive unit can switch to an operating mode. The drive system can thus be activated automatically (i.e. switch to operating mode) as soon as a deflection of the oscillating element is detected.
  • a short, minimal force impulse can be applied to the oscillating element at periodic intervals in order to pull the pulling element taut. If the operating state is activated, it can be checked whether an external influence leads to a drastic reduction in the vibration intensity. If such a reduction in vibration intensity is detected, the drive system can switch to a cool-down mode and activate stand-by mode after the system has come to a standstill. This automatic change between different operating modes can be deactivated or activated by a user.
  • the control unit can include a single-board computer that is provided with a standardized operating system, such as Linux, so that any standard components can be connected.
  • the control unit can have a standardized interface such as a USB connection, an SD card reader or the like.
  • access to the provision of plugins can be provided for developers in order to be able to use these standard components to provide additional functionalities of the drive system to provide.
  • the control unit can be provided with further control sequences, for example in order to carry out individual vibration patterns.
  • the drive system can have a single-track pulley that can be used to wind and unwind the tension element. Because of the single-lane pulley, the pulling element can be prevented from jumping over, as could happen with an uncontrolled multi-lane pulley, for example. According to this, noise and vibrations during operation due to uncontrolled over-jumping of the tension element (e.g. a rope) on the roller are ruled out and safe operation of the drive system can be ensured.
  • it is conceivable to provide a cable pulley with a guided track in connection with a cable guide which leads to a constant torque and also improves the measurement accuracy via any rotation sensor, since the rotation speed remains almost constant regardless of the length of the tension element. Consequently, a constant force can be transmitted from the drive unit to the traction element and vice versa. Accordingly, a particularly smooth operation of the drive system can be ensured.
  • the drive system can have a powerful motor as a drive unit in connection with a guided track for the tension element, a guide for the tension element and a mechanical lock and a rule's recuperation device.
  • a spring weighing system can thus also be implemented without an elastic oscillating element. In this way, the aesthetic appearance of the spring cradle system can be improved and the same functionalities can still be provided as with an elastic oscillating element.
  • the drive system can have a mechanical lock that can prevent the pulling element from being deflected.
  • the distal end of the pulling member can be prevented from being displaced.
  • the distance between the drive system and the oscillating element can be kept constant regardless of the load on the vibrating system. This is advantageous, for example, when a child or baby is about to be loaded into or taken out of the oscillating system.
  • the propulsion system can be designed to carry a payload, in that the propulsion system is hung on a stationary mount and, in turn, a vibrating element (e.g. a payload device) is hung over at least the traction element.
  • a resilient element e.g. an elastic element
  • the propulsion system cannot be designed to carry a payload.
  • the drive system can be placed on a frame, for example, and connected to the oscillating element via the tension element.
  • the oscillating element can be attached directly or indirectly (e.g. via an elastic element) to a frame or some other device.
  • the drive system is preferably arranged above (in relation to the direction of gravity) the vibrating element, so that the prestressing force is applied to the pulling element in the opposite direction to gravity. Nevertheless, the drive system can also be provided below the vibrating element, so that the biasing force is applied to the pulling element in the direction of gravity.
  • the longevity can be provided by dispensing with mechanical sensors.
  • mechanical sensors For example, only non-mechanical sensors can be used to determine a position of the vibrating element relative to the drive system.
  • an energy-optimised oscillating movement can be implemented, since no mechanical sensors dampen the oscillating movement and there are only minimal friction losses.
  • the Intelligent control of the control unit can also ensure that only minimal vibration energy is used to ensure that the child/baby behaves calmly.
  • the drive system preferably also includes at least one sensor for determining a displacement of the distal end of the pulling element, the at least one sensor preferably being a contactless sensor.
  • the mechanical sensor technology installed in the prior art for measuring the vibration speed and direction e.g. via dynamos and servomotors, has a negative effect on the durability of the drive system, since these components can wear out quickly. Furthermore, sustainability is negatively influenced, since the production of these components costs energy and dynamos in particular dampen the oscillating movement and thus require more traction. In addition, noises are generated by mechanical components, in particular whirring operating noises from servomotors.
  • a non-mechanical sensor can be used which can measure the displacement of the distal end of the pull element (ie a movement of the pull element).
  • This can be an optical movement sensor, which can optionally measure a rotation of a shaft of the drive unit and/or a speed of the pulling element.
  • other sensors can also be used for the measurement, such as ultrasonic sensors or electromagnetic sensors (eg Hall sensors).
  • the sensors can measure the movement of the tension element directly on the tension element itself, on the shaft of the drive unit, directly in the motor, on the roller or on an additional component such as a pole wheel that rotates together with the shaft.
  • a 3-phase motor which has integrated sensors, can be used as the motor, for example.
  • the drive unit can be an actuator that is controlled by the control unit based on a control logic.
  • the control unit can receive and further process sensor data (ie measured values) from the at least one sensor.
  • the control unit can issue control commands with which the drive unit can be controlled.
  • a standardized single-board computer preferably a Raspberry Pi, can be used as the control unit, which can control the drive unit and record and process the sensor data.
  • other controllers can also be used as the control unit.
  • the traction force of the drive unit when the drive system is started, the traction force of the drive unit must expend more energy in order to set the oscillating element in vibration than is necessary to maintain an oscillating movement of the oscillating element, since the entire weight of the oscillating element must be moved against the force of gravity .
  • the problem is that excessive tensile force with a low weight of the vibrating element can lead to jerky, unintentionally strong acceleration or to unintentionally exceeding the permissible oscillation amplitude.
  • the control unit can therefore be designed to control the drive unit at very short time intervals (a few milliseconds) in order to influence a movement of the pulling element.
  • the displacement of the distal end of the traction element can be measured via the at least one sensor and the control of the drive unit can be adjusted based on this measurement data. Accordingly, the traction of the drive unit can be actively controlled. Furthermore, you can initially start with a small tractive force (for example 10% of the maximum tractive force or the maximum power of the drive unit).
  • the drive unit can have an output of 2 W to 10 W.
  • the drive unit can be operated with 12 V direct current. Efficient operation of the drive unit can thus be ensured.
  • the power of the drive unit is preferably between 3 W and 5 W. A power of 3.8 W has proven to be particularly efficient (ie 0.6 A at 12 V DC).
  • the traction can then be increased for a long time until a deflection is measured via the at least one sensor.
  • the relationship between the actual and desired oscillating amplitude can be checked and the control of the drive unit can be adjusted by the control unit so that the desired oscillating amplitude is achieved.
  • the desired minimum number of vibration amplitudes until the desired vibration intensity is reached can be stored as a configuration parameter in a memory of the control unit.
  • the control unit can control the drive unit in such a way that the desired vibration amplitude is reached very gently or in such a way that the desired vibration amplitude is reached quickly.
  • the drive unit can therefore be adapted to any requirements and controlled individually by the control unit.
  • control unit can be designed to initiate actions (i.e. to control the drive unit) and to check a result thereof (i.e. the vibration that has occurred) whether this corresponds to the expected result.
  • conclusions can be drawn, for example, by artificial intelligence or a rule-based system, which can be displayed to the user and/or can lead to an adjusted control by the control unit. Damage to the drive system and/or external disruptive factors can thus be detected early and the user informed (for example a defect in the tension element, a foreign body in the swing area, resistance during compression, etc.).
  • the drive system can have a so-called "cool-down” functionality, which dampens the oscillating movement when it is switched off by accelerating the amplitude in the opposite direction and using the power of the drive unit to prevent post-oscillation. To do this, you can specify how many swinging movements should be carried out in order to stop the swinging movement.
  • the drive system can be controlled by the control unit according to a stand-by functionality or hold functionality, in which the drive unit is controlled in such a way that the distance between the oscillating element and the drive system remains as constant as possible in order to load and unload a person to simplify in the vibrating element.
  • a movement of the pulling element can be detected and the drive unit can be controlled in such a way that a pulling force is generated in the opposite direction.
  • control unit can have an emergency stop functionality that can be triggered via a dedicated switch, a control element and all control elements connected via the Internet, such as voice assistants, apps, etc.
  • This emergency stop function uses the maximum power available from the drive unit to stop the swinging motion as quickly as possible. Operation of the drive unit can thus be ended as quickly as possible in an emergency situation.
  • the drive system further comprises an electronic shutoff device, wherein the control unit is designed to regularly send operating signals to the shutoff device, and wherein the shutoff device is switched off to automatically interrupt the power supply to the drive unit if it does not have any operating signals receives.
  • the drive system may have an electronic shutoff device or emergency stop assembly (e.g., a relay) that is configured to automatically shut off power to the motor when signals (e.g., from a signaling unit) cease be received.
  • the electronic shutdown device can be part of the control unit. This is to protect the motor (ie, drive unit) from burning out.
  • control software of the control unit has a malfunction or "gets stuck" or a single-board computer provided in the control unit shows a defect during operation while voltage is applied to the motor.
  • the drive unit and/or the control unit can be designed in such a way that signals are sent to the electronic switch-off device during operation (for example by a signaling unit) so that the power is not switched off.
  • This emergency shutdown can also be initiated by the control unit if the sensor values indicate a system fault that makes further operation no longer possible, for example if the tension element is torn or blocked.
  • Operating signals can be, for example, operating commands or standardized signals that are sent at a specific time interval. Thus, operational safety can be increased.
  • control unit can be designed (for example by means of control software) to continuously check the sensor values and/or outgoing control signals. If there are deviations from the intended behavior, a fault can be logged. Operation-inhibiting faults, such as a torn or blocked tension element, can be distinguished from operation-restricting faults, such as reduced engine performance.
  • the control unit can be designed to communicate such faults to a user in the form of notifications (for example using an app, housing LED, etc.).
  • the drive system can have a force sensor which is designed to detect the force applied to the pulling element.
  • the force sensor can be a strain gauge, a piezo force transducer or the like.
  • a force acting on the tension element can be measured.
  • a change allows the control unit to deduce different states of the oscillating element.
  • an abrupt increase in the force acting on the pulling element can result in snagging or an unwanted external Talk intervention in the oscillating movement of the oscillating element.
  • the force sensor can be used to determine whether the tension element is sagging or is connected to the oscillating element with tension. This is the case when the pretensioning force applied by the drive unit can be measured with the force sensor. Then the control unit can determine that the pulling element is connected in tension to the vibrating element.
  • control unit is designed to control the drive unit on the basis of the force detected by the force sensor.
  • the control unit can react based on the information obtained by the force sensor. For example, in the event of an abrupt increase in the tensile force in the traction element, it can stop the operation of the drive unit in order to avoid possible damage. In addition, a flyer can be output to an interface or output device. Likewise, the control unit can stop the operation of the drive unit and/or issue an alarm in the event of an abrupt drop in tension in the tension element. Furthermore, the information about the force acting in the pulling element can be used to check whether the pulling element is stretched or is sagging. As soon as the control unit recognizes that the tension element is prestressed, it can assume that the tension element is under tension and is therefore not sagging.
  • the biasing force is less than 15% of the maximum power of the drive unit, preferably less than 10% of the maximum power of the drive unit, and more preferably less than 8% of the maximum power of the drive unit.
  • the pre-tensioning force can be greater than the force resulting from the tension element's own weight. As soon as the pretensioning force is greater, the tension ment to be strained. In this case, a force resulting from the weight of the oscillating element and any person accommodated therein must not be exceeded, since the prestressing force is only intended to tension the tension element and not to move the oscillating element.
  • the maximum power of the drive unit can result from the intended use of the drive unit. If relatively heavy objects and/or people are to be made to vibrate, the drive unit can have more power. At the same time, however, the pulling element must also be of correspondingly stable design in order to be able to carry a relatively heavy load.
  • the tension element can be reliably pretensioned, so that sagging of the tension element can be avoided.
  • This also applies to the case in which the pulling element runs at least partially at an angle to the vertical.
  • a value less than 10% of the maximum power is particularly advantageous when the tension member is vertical since less force is then required to tension (ie, pull straight) the tension member.
  • the range of less than 8% offers particular advantages when using the drive unit in spring cradles for children or babies, since the spring cradle can be operated particularly efficiently and with little noise.
  • this pre-tension is sufficient for a tension element that is often of a filigree design.
  • the control unit is preferably also designed to control the drive unit in such a way that the oscillating element executes a predetermined oscillating movement.
  • a microcontroller-based control of the control unit enables more complex vibration patterns than just a uniform, permanent vibration movement. For example, a vibration pattern similar to that experienced when driving a car can be imitated. Oscillation can be prevented by the stop function, which dampens the oscillating movement until it comes to a standstill and suppresses oscillation through manual intervention. Reaching the desired vibration intensity can be achieved algorithmically by varying the application of force in for a desired duration (i.e. possibly quickly) and then maintained at a level.
  • the control unit can detect a varying load in the vibrating element (e.g. through the above force sensor and/or by measuring an amplitude of the vibrating element) and control the drive unit accordingly so that the applied force is applied to the payload (i.e. to the weight of the vibrating element and any therein admitted persons) is agreed.
  • the control unit can also detect operation outside a permissible oscillation range and then issue a warning and/or an emergency stop.
  • the control unit can measure the vibration deflection. If the vibration deflection is plotted on a Y-axis and the time on an X-axis, a harmonic vibration movement can be mapped in a curve based on a sine curve. The vibration speed can be highest when crossing the equilibrium point (i.e. the point of rest of the vibration-free state) and decrease the closer it gets to the minimum or maximum deflection (i.e. the reversal point).
  • the control unit can use the knowledge of the oscillation curves to activate the simulation of the tension element described above shortly before the reversal point is reached, so that the tension element remains constantly connected to the oscillating element under tension over the entire duration of the oscillating movement.
  • control unit can measure a deviation from the expected vibration deflection in order to adapt or switch off the control of the drive unit. For example, the control unit can determine when the vibration profile deviates from the sine curve profile, for example if no measured values are recorded at the top reversal point. Furthermore, the control unit can be designed to measure a deviation of the actual oscillating movement from predetermined complex oscillation patterns (e.g. simulation of a car journey) and to control the drive unit according to the complex adjust the vibration pattern. In this case, the set force is too large in relation to a spring used (as an example of a resilient element) and the weight of the vibrating element, and the spring reaches a state in which it can no longer compress. This undesired event can be recognized by the control unit and corrected by automatically reducing the maximum force exerted by the drive unit.
  • predetermined complex oscillation patterns e.g. simulation of a car journey
  • a user can also control the intensity of the oscillating movement via an interface.
  • the user can vary the intensity using a controller (plus/minus rocker switch, potentiometer, control via a mobile app or an electronic control panel).
  • the control unit can detect whether a lower or upper limit has been reached and prevent operation outside of these ranges.
  • the lower limit of an oscillating movement is given when harmonic oscillation is no longer possible because the movement would be so small that it would no longer be perceived as an oscillation or the detection accuracy of the control unit and/or the sensors would be undershot, see above that they can no longer measure any vibration movement.
  • the upper limit is reached when, as described above, no upper reversal point can be measured. In this case, the force applied by the drive unit can be reduced by the control unit to such an extent that the upper limit reaches a harmonious oscillating movement.
  • the oscillating movement can be controlled via slide or rotary controls as well as rocker switches (+,-) on the drive system or by corresponding visualizations on the surface of a touch screen or an app.
  • the user can set the vibration intensity in an interval of the minimum and maximum vibration intensity.
  • the user can set the predetermined swinging movement. If the user sets the controller to any value, a small force is first applied and measured, which what effects the force has on the vibration. The force is increased at fixed time intervals (e.g. in 0.5 s or 5 ms steps) until the control unit can detect a deflection. Then the control unit can determine one of the weight of the vibrating element and/or characteristic values of a spring.
  • the force control is successively adjusted until the vibration amplitude has reached the set value. Ergo, the force increases at the beginning until the oscillating element starts to move and the closer the oscillation comes to the set intensity, the lower the force becomes until, when the set oscillation intensity is reached, it only contributes to maintaining the oscillating movement.
  • the drive unit is preferably designed in such a way that it can apply a variable force to the pulling element.
  • the drive unit can thus be designed to variably apply a force to be applied to the tension element over an oscillation cycle.
  • the total force per swing can be varied or constant over the entire upward movement.
  • a lower current supply is applied at the extreme point of the oscillating movement (e.g. at the turning point of the oscillating element) than at the apex of the oscillating movement, where the speed is highest.
  • the control unit can also regulate the intensity automatically. Thus, initially a minimal oscillating movement can be effected in order to require the lowest possible energy consumption. As soon as the control unit receives information, for example about other sensors (such as a shock sensor or a Microphone) picks up, the vibration intensity can be increased or, conversely, reduced. Thus, for example, when using the drive system in a spring cradle for children, it is possible to react to restless behavior on the part of the child and automatically adjust the operation of the drive unit. This is based on the assumption observed in practice that children fall asleep more easily at higher vibration amplitudes. Furthermore, if the sensors detect restless behavior on the part of the child, a notification can be sent to a smartphone, for example as a push notification.
  • a smartphone for example as a push notification.
  • control unit can implement any other movement pattern (eg oscillating pattern), which can be represented by up and down movements, by controlling the drive unit.
  • An upward movement is limited by the fact that the load of the oscillating element cannot be further tightened against gravity by a maximum tensile force of the drive unit or an optionally provided elastic element is fully deflected or fully compressed.
  • the downward movement reported is determined by the maximum deflection of the spring, which results from the installed safety cable of a spring or by the maximum length of the tension element.
  • the maximum upward acceleration is determined by the maximum traction of the drive unit, the maximum downward acceleration by gravity.
  • the maximum damping of a downward movement is determined by the maximum traction of the drive unit.
  • the drive unit can take into account all available sensor data in order to register an activity of the child in the cradle (e.g. acceleration and Braking impulses that are characteristic of swinging the hips or turning the child). From this, an activity index (for example 0-5) can be calculated, which provides an indication of the child's restlessness.
  • an activity index for example 0-5
  • the user can confi gure the value of the activity index from which he would like to be notified - for example, to be able to be there in time when the child wakes up. Furthermore, the user can configure that audio files or light shows are played from a certain activity index.
  • the output means can also be controlled by the control unit in order to be able to realistically simulate situations together with the movement patterns.
  • a car journey can thus be simulated.
  • the drive system can communicate via an interface with an app that allows the user to record a car journey.
  • the app can record vehicle noises, vibrations and brightness profiles (e.g. caused by passing lanterns).
  • the user can select parts of the recording or hide measurement data such as brightness and transfer them to the drive system. This can play back this profile in that the control unit controls the drive unit and/or the output means accordingly in order to simulate vibrations, noise and/or light profiles (e.g. from lanterns passing by).
  • the control of the drive unit i.e. all actions (on, off, faster, slower, ...), the playing of movement patterns, can take place via any connected or connected interfaces (interaction mechanisms), such as a touch display, a mobile App or integration with language assistants (e.g. Alexa or Siri). These interaction mechanisms can also be used to communicate feedback, information, and notifications.
  • the drive system preferably has an energy store which is designed to supply the drive unit and the control unit with energy.
  • the drive unit can have a built-in energy store (for example a rechargeable battery) in order to ensure wireless operation.
  • a built-in energy store for example a rechargeable battery
  • the control unit can be designed to adapt the vibration intensity to the remaining battery capacity in such a way that the desired residual vibration duration, which can be set using a timer, for example, is achieved as far as possible.
  • the drive system is preferably controlled via a mobile app, which communicates with the drive system via Bluetooth or WLAN.
  • a simple coupling via Bluetooth is provided, in which the coupling mode of the drive system can be activated by pressing one or more operating elements on the drive unit or a touch display.
  • a touch display for controlling the drive system can be removed from the drive system so that it can be arranged in an ergonomic position. It can be connected to the drive system via cable or radio.
  • the drive system includes at least one retractable element that connects the drive system to the oscillating element.
  • the recoverable element may be a spring or other element capable of elastic deformation.
  • the elastic element can deform when a load is applied and move back to the starting position after the load has been removed.
  • Elastic elements can be characterized by their spring constant, for example.
  • the reboundable element can be defined by a prestressing force and/or a number of installed springs.
  • different springs can be used with a biasing force of 5N per spring and different spring constants. The resulting spring deflection in connection with the loading force results from the spring constants. The spring constant results from the loading force and the resulting spring deflection.
  • the drive system can be operated with different elastic elements.
  • the springs can be used by cumulation or substitution between the drive system and the oscillating element. Different springs can, for example, be assigned different weights that are to be accommodated in the oscillating element (e.g. basic spring 3-5 kg, each additional spring +1 kg).
  • the control unit can recognize which springs are used based on the applied tensile force in connection with the amplitude deflection and vibration frequency.
  • the control unit can also determine whether the springs used match the payload. In this case, an individual specification of an optimal oscillating movement together with a tolerance range can be stored in the control unit. If there is a deviation, depending on the degree of the deviation, the user is informed (flashing LED, notification in a mobile app (especially push notification), Alexa notification, etc.) and, if necessary, the refusal of operation .
  • the user can add other accessories (e.g. more springs) and other functions. To do this, the user can link his drive unit to his profile, which can be stored on an operator's website.
  • accessories e.g. more springs
  • the user can link his drive unit to his profile, which can be stored on an operator's website.
  • the control unit is preferably designed to automatically detect properties of the retractable element and to control the drive unit based thereon.
  • the recoverable element can be varied for different loads that may occur on the vibrating element.
  • the control unit can be designed to use different resettable Recognizing elements and determining their parameters. These parameters, in particular the spring constants, can then be stored by the control unit as configuration parameters and taken into account when controlling the drive unit.
  • different resettable elements can be used without it being necessary to manually enter parameters of the new resettable elements into the drive system.
  • the drive system in particular the control unit
  • the drive system can automatically recognize an element capable of being reset and its parameters and can automatically adapt the operation accordingly.
  • use of the drive system can be simplified.
  • the spring constant (spring hardness) or the spring characteristic can be used as a parameter of the element capable of restoring (for example a spring). These describe the relationship between deformation (displacement s or angle cp) and force F or torque Mt. Like Flooke's law on which it is based, the spring characteristic is usually linear to a good approximation and can in this case be characterized by a spring constant (as its gradient). will. According to an aspect of the invention, a recoverable element having a non-linear characteristic can be used. It was found here that, particularly when the drive system is used to drive a baby spring cradle, a non-linear characteristic leads to an oscillating pattern which quickly calms the child accommodated in the oscillating element.
  • the drive system preferably includes a recuperation device which is designed to recover energy from the oscillating movement of the oscillating element.
  • the drive system can preferably include a drive unit with a guided track for the traction element, a guide for the traction element and a mechanical lock and the recuperation device.
  • the recuperation device can be an electric machine that is driven by the traction element when the vibrating element moves away from the drive system. In other words, the recuperation device can be driven when the oscillating element is moved by the force of gravity. In this case, an elastic oscillating element can thus be dispensed with.
  • the drive system can be implemented in a more compact manner, since no returnable element has to be connected to the drive system and the oscillating element.
  • a spring weighing system comprising: one of the above drive systems, which can be arranged in a stationary manner, and an oscillating element for accommodating at least one person, the oscillating element being attached or attachable to the traction element.
  • the oscillating element can comprise a stretcher or cradle and a suspension element, wherein the stretcher or cradle can be a cloth or a rigid bed which is suspended or can be suspended from the suspension element. At least one person (e.g. a child or baby) can be accommodated in the stretcher.
  • the spring weighing system can be equipped with an inclination sensor. The inclination sensor is preferably arranged on the oscillating element or the pulling element.
  • the control unit can thus acquire information about the position of the oscillating element and control the drive unit on the basis of this information.
  • the spring weighing system can comprise a deflection roller which is attached to a frame on which at least the oscillating element is suspended.
  • the tension element can be guided over the deflection roller and connected to the drive unit and to the oscillating unit, so that a force vector of the tension element is aligned at an angle to the vertical.
  • the force vector transmitted from the pulling element to the oscillating unit is preferably inclined at an angle of approximately 45°.
  • a rocking oscillation can thus advantageously be initiated.
  • the drive system can be fixed to a stationary point (eg a door frame or a rack).
  • the spring weighing system can have a fastening mechanism.
  • the oscillating element can be attached below the drive system with the tension element and optionally with a resettable higen element to be connected to the drive system.
  • the inclination sensor supplies input data in order to achieve a harmonious rocking movement by means of a corresponding force control.
  • the control unit can also carry out a cool-down, stand-by and emergency stop function during the rocking movement.
  • the cradle system can be used as a baby cradle system. Furthermore, the hammock system can also be used by adults.
  • the spring weighing system preferably comprises at least one sensor which is designed to detect a state of the at least one person accommodated in the oscillating element, with the control unit being designed to control the drive unit on the basis of the detected state and/or the state of the output at least one person to an output unit.
  • the sensor can include a thermal imaging camera, for example, which detects that the person accommodated in the vibrating element is too cold or too warm and informs a user. Furthermore, the sensor can include a vibration sensor and/or a microphone, so that an activity of the person can be recorded.
  • the control unit can control and adapt the operation of the drive unit on the basis of this sensor data. Furthermore, the control unit can record and store different reactions of the person to different vibration patterns and thus generate empirical values as to which vibration pattern and which reactions of the person occur most frequently. For example, in the case of babies, the control unit can determine which swinging pattern leads to calming down or putting the baby to sleep. Furthermore, the control unit can determine an average sleep duration of the person using empirical values and/or the sensor data and display it to a user.
  • the user can use push notifications or Alexa notifications about states and/or Events to be expected are informed so that the user can be at the spring cradle system in good time, for example before a baby wakes up.
  • the sensor can include a moisture sensor which, for example, knows that a baby's diapers are full. This information can also be passed on to a user, for example via a display on the spring weighing system and/or via an interface, in particular wireless, on a mobile device.
  • the control unit can include an artificial intelligence that can monitor all sensor data in order to gain knowledge about the state or behavior of the person accommodated in the oscillating element and to initiate actions.
  • the artificial intelligence can be, for example, an artificial neural network that can be trained by using the information about the oscillating movement of the oscillating element as input data and using the reactions of the person accommodated in the oscillating element as output data.
  • the neural network can be trained individually for each user by constantly being retrained or untrained when using the spring cradle system. In this way, the control of the spring weighing system can be individually adjusted.
  • the control unit can use rule-based technology or artificial intelligence to determine the optimal parameters for automated operation, taking into account the boundary conditions that occur, and control the control unit accordingly.
  • the automatic operation optimizes the vibration intensity in such a way that it only uses the minimum movement to maintain a good night's sleep. If a child is found to behave restlessly, for example, the vibration intensity can be temporarily (ie temporarily) increased. Furthermore, a higher vibration intensity can be exerted at the beginning of the movement period.
  • the control unit can learn movement patterns that lead to a particularly peaceful sleep for the child. The learned movement patterns can be used for short sleep phases (afternoon nap) and long sleep phases (at night) can be distinguished.
  • the above-mentioned activity index can represent a data basis for the learning automatic rule operation.
  • the automatic operation can reduce a child's potential habituation to the swinging movement.
  • the automatic operation can also be started in a mode in which the movement intensity is successively reduced in order to encourage the child to get used to the swinging movement.
  • control unit can send sensor data anonymously to a central internet service in order to query empirical values from installations of other spring cradle systems for similar sensor data in order to accelerate your own learning (through more available training data).
  • a method for simulating an elastic tension element comprising the following steps: a) providing a drive system which has a tension element with a distal end which is designed to be attached to an oscillating element, and a drive unit configured to increase and/or decrease a free length of the traction element in order to change a position of the vibrating element relative to the drive system, b) operating the drive unit such that a pretension is applied to the tension element is applied to simulate an elastic tension element, c) determining that the distal end of the tension element is not moving towards the drive unit, and d) ending the simulation of the elastic tension element.
  • a mechanical tension element can thus be dispensed with, since the inventive method can be used to simulate such a tension element by selectively controlling the drive unit.
  • the same Advantages are achieved as can be achieved by the above device and a particularly quiet and efficient operation of a spring cradle.
  • the method further comprises the following steps: e) operating the drive unit to initiate an oscillating movement of the oscillating element so that the distal end of the traction element moves away from the drive unit, f) determining that the distal end of the traction element is no longer moving moved away from the drive unit, and g) operating the drive unit so that the preload is applied to the tension member to simulate an elastic tension member.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a drive system according to an embodiment of the present invention in use with a spring weighing system
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a drive system according to a further embodiment of the present invention in use with a spring weighing system
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a drive system according to a further embodiment of the present invention in use with a spring weighing system
  • Fig. 4 is a schematic representation of a drive system according to a further embodiment of the present invention in use with a spring weighing system.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a drive system according to a further embodiment of the present invention in use with a spring weighing system
  • Fig. 6 is a schematic representation of a drive system according to another embodiment of the present invention in use with a spring weighing system.
  • Fig. 7 is a schematic representation of a drive system according to another embodiment of the present invention in use with a spring weighing system
  • FIG. 8 is a schematic representation of a cradle system according to an embodiment of the present invention.
  • the cradle system includes a drive system 2 according to another embodiment of the present invention.
  • the spring cradle system 100 can be hung in a fixed position with a fastening 1 .
  • the spring cradle system 100 can be hung from a flake on a ceiling, a door frame, and/or a rack.
  • the drive system 2 is connected to the mount 1 in such a way that the drive system 2 hangs below the mount 1 in the operating state.
  • the spring cradle system 100 also includes a tension element 4 and a restorable element 3.
  • the restorable element is a spring in the embodiment shown in FIG.
  • the recoverable element is an elastic element comprising a stretchable material (such as rubber or elastomer).
  • a stretchable material such as rubber or elastomer
  • the tension element and the elastic cal element 3 are both attached to the drive system 2, so that they hang under the drive system 2 in the operating state.
  • a suspension element 5 is connected, which serves as part of the oscillating element.
  • a stretcher or cradle 6 is arranged (for example suspended) on the suspension element 5, in which a person (for example a baby, child) can find space.
  • the stretcher 6 and the suspension element 5 together form the oscillating element.
  • the pulling element 4 can be shortened by the drive unit 21 accommodated in the drive system 2 (see FIG. 2) in such a way that a distance between the oscillating element and the drive system 2 is reduced.
  • the tension element is rolled up and down on a roller 7 (not shown in FIG. 1) in order to vary the distance between the drive system 2 and the oscillating element.
  • the oscillating element can again move away from the drive system 2 due to the force of gravity.
  • the pulling element 4 does not exert any force on the oscillating element.
  • the elastic element 3 deforms elastically and thereby slows down the movement of the oscillating element until it comes to a standstill.
  • the elastic element 3 exerts a force on the oscillating element that opposes the previous movement, so that the oscillating element moves back toward the drive system 2 in a return movement.
  • the pulling element 4 does not exert any force on the oscillating element. An oscillation of the oscillating element can thus be initiated.
  • a tensioned tension element is provided by a mechanical tensioning element.
  • the mechanical tensioning element is usually a spiral spring on a shaft of the drive unit 21.
  • this mechanical clamping element is simulated by a targeted operation of the drive unit 21.
  • a free length of the tension element 4 is thus shortened during an upward movement of the oscillating element (ie during a movement towards the drive system 2) such that the tension element is always tensioned between the drive system and the oscillating element. This ensures that when the drive unit is operated, the movement of the oscillating element can be acted upon directly. In this way, complex vibration patterns can also be implemented by operating the drive unit 21 in a targeted manner. In the same way, a harmonic oscillation that is kept constant, for example, can also be provided.
  • FIG. 2 is a schematic representation of the cradle system 100 according to another embodiment of the present invention. In contrast to Fig.
  • a housing 9 of the drive system is cut in FIG. 2 so that the elements shown in the drive system 2 are visible.
  • a movement sensor 8 is arranged in the housing 9 of the drive system.
  • the movement sensor 8 is designed to detect a movement of the tension element 4 .
  • the movement sensor 8 can detect a movement amount and a movement direction.
  • a control unit 22 which is also arranged in the drive system, can thus infer the position of the oscillating element relative to the drive system 2 .
  • the drive unit 21 can be controlled with great precision, on the one hand to realize a predetermined oscillation pattern and on the other hand to always keep the pulling element 4 under tension.
  • the pulling element 4 is guided through the sensor 8 .
  • the sensor can be provided with two measuring rollers, for example, between which the tension element is clamped. Due to the rotation of these measuring rollers, the sensor can deduce a movement of the pulling element 4 .
  • 3 is a schematic representation of the cradle system 100 according to another embodiment of the present invention.
  • the embodiment shown in FIG. 3 corresponds to the embodiment shown in FIG. 2, with the difference that the motion sensor 8 in the present embodiment is a non-mechanical sensor.
  • the sen sor 8 can be an optical or an electromagnetic sensor.
  • the sensor 8 can be directed, for example, at a magnet wheel 12 that is mounted on the shaft of the drive unit 21 .
  • the magnet wheel 12 can have regular savings that can be detected by the sensor 8 .
  • the flywheel can have magnetized elements that can be perceived by the sensor 8 .
  • the sensor 8 can be a fall sensor.
  • the present embodiment has, in addition or as an alternative to the sensors of the above embodiments, further sensors 14 for recording information from a person accommodated in the stretcher.
  • the sensors 14 can include a vibration sensor, for example. A movement of the person in the stretcher 6 can thus be detected.
  • the control unit 22 can then adjust the operation of the drive unit 21 to the vibrations detected.
  • the vibration intensity can be increased or, conversely, reduced. This is based on the assumption observed in practice that children fall asleep more easily at higher vibration amplitudes. If the sensors 14 detect restless behavior on the part of the person, a notification can also be sent to a smartphone, for example as a push notification.
  • 5 is a schematic representation of the cradle system 100 according to another embodiment of the present invention. The present embodiment differs from the previous embodiments in that no elastic element is provided here, but the oscillating element is connected to the drive system 2 only by means of a tension element 4 . Furthermore, the drive system 2 has a roller 15 with a guide 16 for the gelement 4 .
  • the tension element 4 is specifically wound onto the roller 15 by the guide 16 .
  • the roller 15 is driven by a drive unit (not shown in Fig. 5) as in the above embodiments.
  • a recuperation device 18 is provided in the drive system 2 and is connected to the shaft on which the roller 15 is arranged.
  • a movement sensor 8 in the form of a dynamo is connected to the shaft.
  • this embodiment has a mechanical locking element 17, which is designed to hold the pulling element 4 when, for example, no movement of the oscillating element is desired.
  • FIG. 6 is a schematic representation of the cradle system 100 according to another embodiment of the present invention.
  • This embodiment corresponds to the embodiments shown in FIGS. 2 to 4 with the difference that the movement sensor is aimed directly at the pulling element 4 and can register a movement of the pulling element 4 .
  • the sensor is an ultrasonic sensor.
  • this non-mechanical sensor has the advantage that operation of the drive system 2 is very quiet and wear-resistant.
  • FIG. 7 is a schematic representation of the cradle system 100 according to another embodiment of the present invention. This embodiment corresponds to the embodiments shown in FIGS. 2 to 4 and 6 with the difference that the movement sensor is designed as a dynamo which is located on the same shaft as the roller 7 and the drive unit 21. Consequently, movements of the roller 7 and thus of the tension element can be easily detected.
  • the tension element 4 is deflected by means of two deflection rollers, so that the tension element 4 runs at an angle of approximately 45° relative to the florizontal from the drive system 2 to the suspension element 5 .
  • the stretcher 6 of the present embodiment has an inclination sensor.
  • the control unit 22 can detect information about the position of the stretcher 6 and control the drive unit 21 on the basis of this information.
  • the deflection rollers are attached to a frame on which at least the oscillating element is suspended. In this way, an oscillating movement can be initiated by actuating the to gelements 4 .

Landscapes

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Abstract

Antriebssystem (2) für ein Federwiegensystem (100), insbesondere für eine Kinder- oder Babyfederwiege, zur Erzeugung einer Schwingbewegung, umfassend ein Zugelement (4) mit einem distalen Ende, das dazu ausgestaltet ist, an einem Schwingelement befestigt zu werden, eine Antriebseinheit (21), die dazu ausgestaltet ist, eine freie Länge des Zugelements (4) zu vergrößern und zu verkleinern, um eine Position des Schwingelements relativ zu dem Antriebssystem (2) zu ändern, und eine Steuereinheit (22), die dazu ausgestaltet ist, die Antriebseinheit (21) so zu steuern, dass eine Vorspannkraft auf das Zugelement (4) wirkt unabhängig von der Position des Schwingelements relativ zu dem Antriebssystem (2). Ferner wird ein Federwiegensystem (100) umfassend das Antriebssystem und ein Verfahren zum Simulieren eines elastischen Spannelements bereitgestellt.

Description

Antriebssystem, Federwiegensystem und Verfahren zur Simulation eines elastischen Spannelements
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für eine Federwiege, ein Fe derwiegensystem und ein Verfahren zur Simulation eines elastischen Spannele ments.
Es gibt zahlreiche Federwiegen bevorzugt für Babys und Kinder. Üblicherweise besteht eine solche Federwiege zumeist aus einer Liegevorrichtung ähnlich einer Trage, die an einer Federaufhängung befestigt ist. Die Federaufhängung ist über ein elastisches Schwingelement, meist eine Feder, mit einer Aufhängung verbun den, die an einem Gestell oder einer anderen Halterung wie Türrahmen, etc. frei schwingend aufgehangen ist. Meist ist an dieser Aufhängung ein lasttragendes Antriebssystem montiert. Das Antriebssystem umfasst einen elektrischen Motor, der über einen Zugkörper periodisch eine Zugkraft auf die Federaufhängung aus übt und so die Trage in eine auf- und abwärts gerichtete Schwingbewegung ver setzt.
Das Antriebssystem ist bei bekannten Federwiegen über den Zugkörper mit der Federaufhängung verbunden, wobei der Zugkörper dauerhaft auf Spannung ge halten ist. Dies ist notwendig, damit das Antriebssystem Informationen über die Ein- und Ausfederbewegung erhält, um beispielsweise in der aufsteigenden Fe derbewegung die Zugkraft anzulegen und bei der absteigenden Federbewegung keine Kraft anzulegen. Da die Schwingamplitude in Abhängigkeit von verbauter Feder, Gewicht (Kind plus Trage, plus Zubehör, etc.) und angelegter Kraft variiert, ist der Zugkörper mit einem mechanischen Spannelement ausgestattet, um zu be wirken, dass der Zugkörper dauerhaft auf Spannung ist. Dieses Spannelement ist meist als Spiralfeder auf der Antriebswelle des Motors realisiert. Durch das Spann element wird gewährleistet, dass der Zugkörper trotz variabler Distanzen, die sich aus Gewicht des Kindes bzw. der Trage, den eingebauten Federn, der Amplitu denintensität je nach Antriebsenergie etc. ergeben, kontinuierlich, unabhängig von der Auslenkung der Feder, mit dem Antriebssystem verbunden ist. Dadurch ist si chergestellt, dass ein Sensor, wie ein Stellmotor oder Dynamo, Informationen über die Schwingungsgeschwindigkeit und -richtung aufnehmen kann und so die Ener gie zur Verstärkung bzw. Aufrechterhaltung der Schwingbewegung steuern kann.
Das Problem dieser Konstruktion ist, dass das mechanische Spannelement keinen geräuschlosen Betrieb des Antriebssystems ermöglicht. In der Praxis werden teils Lautstärken von bis zu 63db (A) durch das Antriebssystems erzeugt.
EP 3 197323 B1 betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Wippbewegung an Auflagen für Babys, umfassend ein an einem Sockel angeordnetes Gestell mit ei nem Tragarm sowie ein Zugmittel, welches zur Aufhängung der Auflage ausgelegt ist.
DE 102018006463 A1 betrifft eine Federwiege, die an einem elastischen Ele ment aufgehängt ist und durch eine exzentrisch rotierende Masse in Schwingung versetzt wird.
Das obige Problem wird jedoch im Stand der Technik weder thematisiert noch ge löst. Daher macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein Antriebssys tem für eine Federwiege, ein Federwiegensystem und ein Verfahren zur Simula tion eines elastischen Spannelement bereitzustellen, das das obige Problem löst.
Die Aufgabe wird durch ein Antriebssystem für eine Federwiege mit den Merkma len des Anspruchs 1 , ein Federwiegensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und ein Verfahren zur Simulation eines elastischen Spannelements mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Antriebssystem für ein Federwiegensystem, insbesondere für eine Kinder- oder Babyfederwiege, zur Er zeugung einer Schwingbewegung bereitgestellt, umfassend: ein Zugelement mit einem distalen Ende, das dazu ausgestaltet ist, an ei nem Schwingelement befestigt zu werden, eine Antriebseinheit, die dazu ausgestaltet ist, eine freie Länge des Zugele ments zu vergrößern und zu verkleinern, um eine Position des Schwingelements relativ zu dem Antriebssystem zu ändern, und eine Steuereinheit, die dazu ausgestaltet ist, die Antriebseinheit so zu steu ern, dass eine Vorspannkraft auf das Zugelement unabhängig von der Position des Schwingelements relativ zu dem Antriebssystem wirkt.
Demnach wird ein Antriebssystem für Federwiegen bereitgestellt, das ohne ein mechanisches Spannelement arbeitet. Folglich ist ein Betrieb des Antriebssystems nahezu lautlos möglich. Ferner ist dadurch die Langlebigkeit erhöht, da weniger mechanische Bauteile verwendet werden. Die Funktionalität eines mechanischen Spannelements kann gemäß einer Ausführungsform über eine mikrocontroller-ge- steuerte Ansteuerung der Antriebseinheit algorithmisch imitiert werden. Somit ist kein mechanisches Spannelement bei dem Antriebssystem notwendig.
Das Antriebssystem umfasst eine Antriebseinheit, wie beispielsweise ein Elektro motor mit rotierender Welle. Über diese Welle kann durch Rotation das Zugele ment, wie beispielsweise ein Seil, aufgerollt werden, wodurch eine Zugkraft durch das Zugelement in Richtung des Antriebssystems weitergeleitet wird. Somit kann beispielsweise das Schwingelement in Richtung zu dem Antriebssystem bewegt werden. Dabei kann das Zugelement auf eine Rolle oder Seilrolle, die sich auf der Welle der Antriebseinheit befindet, aufgerollt werden. Ist die Antriebseinheit nicht in Betrieb und bewegt sich das Schwingelement von dem Antriebssystem weg, kann sich das Zugelement von der Rolle abrollen, so dass sich die die Welle der Antriebseinheit in die entgegengesetzte Richtung dreht. Somit kann die freie Länge des Zugelements (d.h. der Teil des Zugelements, der dem Abstand zwi schen Antriebsystem und Schwingelement entspricht) variiert werden. Durch die Variation der freien Länge des Zugelements kann eine Schwingung des Schwin gelement initiiert werden. Eine von dem Schwingelement ausgeführte Schwingbe wegung kann eine Bewegung sein, deren Ablauf sich in gleicher oder sehr ähnli cher Form periodisch oder gemäß vordefinierter Bewegungsmuster, insbesondere komplexer Bewegungsmuster, wiederholt. Der Motor kann direkt mit einer Rolle verbunden sein. Mit anderen Worten kann in diesem Fall kein Getriebe oder ähnli ches zwischen Motor und Rolle vorgesehen sein. Damit kann sich die Kraftwirkung effizient entfaltet und große Hebelwirkungen vermieden werden. Zudem kann eine kleine Rolle vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Rollendurchmesser im We sentlichen dem Rotordurchmesser des Motors entsprechen. Je kleiner der Durch messer (z.B. der Innendurchmesser) der Rolle, desto häufiger wickelt sich jedoch das Zugelement (z.B. ein Seil) übereinander auf. Dabei kann es zu zufälligem, un kontrollierbarem Abrutschen des Zugelements kommen, wenn sich das Zugele ment an einer Stelle auftürmt und wieder runterrutscht. Daher kann das Antriebs system mit einer einspurigen Seilrolle als Rolle versehen sein. Weitere Details zu der Seilrolle folgen unten. Nichtsdestotrotz ist es auch denkbar ein Getriebe vorzu sehen, welches zwischen Motor und Rolle vorgesehen ist, um die Antriebsenergie des Motors zu übersetzen und/oder zu untersetzen.
Das Zugelement kann ein bandartiges Element sein, wie beispielsweise ein Seil oder eine Schnur, das dazu ausgestaltet ist, das Schwingelement samt einer darin aufgenommener Person zu tragen. Ein proximales Ende des Zugelements kann dabei mit der Rolle verbunden sein bzw. in Eingriff stehen, so dass das Zugele ment an der Rolle gehalten ist, selbst wenn das Zugelement die Rolle nicht mehr umschlingt. Das distale Ende des Zugelements kann das zu dem proximalen Ende entgegengesetzte Ende des Zugelements sein, das mit dem Schwingelement ver bunden oder verbindbar ist. Ein Bereich (d.h. ein bestimmter Längenbereich) des Zugelements, der nicht um die Rolle herumgewickelt ist, kann die freie Länge des Zugelements definieren.
Die Antriebseinheit kann ein Elektromotor sein, durch eine Versorgung mit Strom eine Rotationsbewegung erzeugt und beispielsweise mittels einer Welle an eine Rolle weitergibt. Dabei kann die Drehrichtung des Elektromotors variiert werden. Beispielsweise kann die Antriebseinheit Sensoren aufweisen, die den an die An triebseinheit angelegten Strom messen und somit Informationen über den Betrieb der Antriebseinheit liefern können. Ferner kann die von der Antriebseinheit ausge gebene Rotationsenergie gemessen werden. Somit kann die Steuereinheit durch Versorgen der Antriebseinheit mit einem vorbestimmten Strom und Bestimmen ei ner Ausgabe der Antriebseinheit feststellen, ob das Zugelement mit Spannung mit dem Schwingelement verbunden ist oder nicht. Die Vorspannkraft kann also durch eine definierte Stromversorgung (beispielsweise durch Anlegen einer gewissen Spannung) der Antriebseinheit bestimmt sein.
Das Schwingelement kann dabei aus einer Trage oder Wiege zur Aufnahme zu mindest einer Person und einer Aufhängvorrichtung, an der die Trage aufgehängt ist, bestehen.
Die Steuereinheit kann über eine Ansteuerung der Antriebseinheit sicherstellen, dass das Zugelement stets auf Spannung mit dem Schwingelement verbunden ist. Dazu kann eine hinreichend hohe Minimalkraft (Vorspannung) an das Zugelement angelegt werden, die das Zugelement zu dem Antriebssystem zieht (d.h. ein Dreh moment an die Welle anlegt, so dass die Rolle so gedreht wird, bis das Zugele ment unter Spannung mit dem Schwingelement verbunden ist). Dabei kann die Mi nimalkraft geringer sein als die Gewichtskraft des Schwingelements, ohne die da rin aufgenommene Person. Sobald keine Bewegung des Zugelements mehr regis triert wird, ist das Zugelement „auf Spannung“ und stellt eine unmittelbare Verbin dung des Schwingelements mit der Antriebseinheit her. Das weitere Anlegen einer Vorspannung ist sodann nicht mehr notwendig, weshalb die Antriebseinheit abge schaltet werden kann. Das Antriebssystem befindet sich somit im Ruhezustand.
Die Steuereinheit kann somit das mechanische Spannelement simulieren, welches zur Aufrechterhaltung der Spannung des Zugelements bei bekannten Federwie gen zum Einsatz kommt. Während bei einem mechanischen Spannelement die Zugkraft jedoch dämpfend auf eine abwärtsgerichtete Schwingbewegung des Schwingelements wirkt und durch eine Antriebsenergie kompensiert werden muss, erzeugt die Steuereinheit der Antriebseinheit nur dann eine Vorspannkraft (Zug kraft) zur Aufrechterhaltung der Spannung des Zugelements, wenn dies notwendig ist. Daher kann das Antriebssystem der vorliegenden Erfindung effizienter betrie ben werden.
Sobald die Steuereinheit eine Bewegung des Zugelements registriert und sich das System im Ruhezustand befindet, kann die Steuereinheit die Antriebseinheit so steuern, dass die Vorspannung auf das Zugelement aufgebracht wird. Dadurch kann eine unmittelbare Verbindung des Zugelements mit dem Schwingelement si chergestellt werden. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn eine Person in eine dafür geeignete Vorrichtung an dem Schwingelement eingeladen wird.
Sobald die Steuereinheit feststellt, dass sich die Schwingbewegung von dem An triebssystem wegbewegt, kann die Antriebseinheit so gesteuert werden, dass keine Vorspannung mehr auf das Zugelement ausgeübt wird. Andernfalls würde die Antriebseinheit eine Kraft entgegen der Schwingrichtung erzeugen, was die Elektronik, den Energieverbrauch und die Schwingintensität negativ beeinflussen würde.
Vorzugsweise ist das Zugelement so an dem Antriebssystem vorgesehen, dass es sich von einem zentralen Punkt der Antriebseinheit weg erstreckt. Der zentrale Punkt der Antriebseinheit kann der Schwerpunkt der Antriebseinheit sein. Mit an deren Worten kann der zentrale Punkt der Antriebseinheit in einer Draufsicht (in der Schwererichtung) auf die Antriebseinheit der Mittelpunkt der Antriebseinheit sein. Insbesondere durch den Verzicht eines mechanischen Spannelements kann die Antriebseinheit so ausgestaltet sein, dass das Zugelement mittig aus der An triebseinheit geführt wird. Mit anderen Worten kann ist das Zugelement an dem Schwerpunkt der Antriebseinheit aus dieser hinausgeführt sein. Aus dem Stand der Technik bekannten Produkten ist das Zugelement versetzt (d.h. außermittig) zu einem Schwerpunkt der Antriebseinheit angeordnet. Somit ist auch das Schwingelement außermittig unter einer Antriebseinheit angeordnet. Wird in einem solchen Fall die Antriebseinheit beispielsweise an einem Seil oder einer Türklam mer befestigt, wird durch diesen Versatz eine Pendelbewegung induziert, die in ei nem Aufschaukeln des Gesamtsystems resultiert. Eine aufschaukelnde Pendelbe wegung erfolgt bei der Zentrierung des Zugelements in der Antriebseinheit nicht.
Ferner ist die Antriebseinheit dazu ausgestaltet einen automatischen, handlosen Betrieb zu ermöglichen. Dieser kann insbesondere zwei Modi umfassen. Zum ei nen kann in einem Stand-by-Modus überwacht werden, ob eine Auslenkung des Schwingelements erfolgt, was beispielsweise beim Einlegen eines Kindes erfolgt. Wird eine Auslenkung festgestellt, kann geprüft werden, ob eine Schwingbewe gung erzeugt werden kann. Eine Schwingbewegung kann erzeugt werden, wenn das Schwingelement frei schwingen kann. Ist dies der Fall, kann die Antriebsein heit in einen Betriebsmodus übergehen. Somit kann sich das Antriebssystem auto matisch aktivieren (d.h. in den Betriebsmodus übergehen), sobald eine Auslen kung des Schwingelements detektiert wird.
In dem Stand-by-Modus kann in periodischen Abständen ein kurzer, minimaler Kraftimpuls auf das Schwingelement aufgebracht werden, um das Zugelement stramm zu ziehen. Ist der Betriebszustand aktiviert, kann überprüft werden, ob eine Fremdeinwirkung zu einer drastischen Reduktion der Schwingintensität führt. Wird eine solche Reduktion der Schwingintensität detektiert, kann das Antriebs system in einen Cool-Down-Modus übergehen und den Stand-By-Modus nach Stillstand des Systems aktivieren. Dieser automatische Wechsel zwischen ver schiedenen Betriebsmodi kann von einem Nutzer deaktiviert oder aktiviert werden.
Die Steuereinheit kann einen Einplatinencomputer umfassen, der mit einem stan dardisierten Betriebssystem, wie Linux versehen ist, so dass beliebige Standard komponenten angeschlossen werden können. So kann die Steuereinheit bei spielsweise eine standardisierte Schnittstelle wie beispielsweise einen USB- Anschluss, einen SD-Kartenleser oder dergleichen aufweisen. Ferner kann für Entwickler kann ein Zugang zur Bereitstellung von Plugins vorgesehen sein, um mit diesen Standardkomponenten weitere Funktionalitäten des Antriebssystems bereitzustellen. So kann die Steuereinheit mit weiteren Steuerungsabläufen verse hen werden, um beispielsweise individuelle Schwingungsmuster auszuführen.
Das Antriebssystem kann über eine einspurige Seilrolle verfügen, mit der das Zu gelement auf- und abgewickelt werden kann. Aufgrund der einspurigen Seilrolle kann ein Überspringen des Zugelements verhindert werden, wie es beispielsweise bei einer unkontrollierten mehrspurigen Seilrolle Vorkommen könnte. Demnach sind Geräusch und Erschütterungen im Betrieb durch ein unkontrolliertes Über springen des Zugelements (beispielsweise eines Seils) auf der Rolle ausgeschlos sen und es kann ein sicherer Betrieb des Antriebssystems sichergestellt werden. Alternativ ist es denkbar, eine Seilrolle mit geführter Spur in Verbindung mit einer Seilführung vorzusehen, was zu einem konstanten Drehmoment führt und zudem die Messgenauigkeit über einen etwaigen Rotationssensor verbessert, da die Ro tationsgeschwindigkeit unabhängig von der Länge des Zugelements nahezu kon stant bleibt. Folglich kann eine konstante Kraft von der Antriebseinheit auf das Zu gelement übertragen werden und andersherum. Demnach kann ein besonders gleichmäßiger Betrieb des Antriebssystems sichergestellt werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Antriebssystem über einen leistungsstarken Motor als Antriebseinheit in Verbindung mit einer geführten Spur für das Zugelement, einer Führung für das Zugelement und einer mechani schen Sperre sowie einer Rekuperationsvorrichtung verfügen. Somit kann ein Fe derwiegensystem auch ohne elastisches Schwingelement realisiert werden. Somit kann die ästhetische Erscheinung des Federwiegensystems verbessert werden und dennoch dieselben Funktionalitäten wie mit elastischem Schwingelement be reitgestellt werden.
Ferner kann das Antriebssystem über eine mechanische Sperre verfügen, die das Auslenken des Zugelements verhindern kann. Somit kann das distale Ende des Zugelements daran gehindert werden, sich zu verlagern. Folglich kann der Ab stand zwischen Antriebssystem und Schwingelement konstant gehalten werden unabhängig von der Last, die auf das Schwingsystem lastet. Dies ist beispiels weise vorteilhaft, wenn gerade ein Kind oder Baby in das Schwingsystem eingela den oder herausgenommen wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Antriebssys tem nutzlasttragend ausgestaltet sein, indem das Antriebssystem an eine ortsfeste Halterung gehangen wird und wiederum ein Schwingelement (z.B. eine Nutzlast vorrichtung) über zumindest das Zugelement gehängt wird. Vorzugsweise ist zu sätzlich zu dem Zugelement ein rücksteilfähiges Element (z.B. ein elastisches Ele ment) zwischen dem Schwingelement und dem Antriebssystem vorgesehen. Alter nativ kann das Antriebsystem nicht nutzlasttragend ausgestaltet sein. Hierbei kann das Antriebsystem beispielsweise auf ein Gestell gelegt werden und mit dem Schwingelement über das Zugelement verbunden sein. Das Schwingelement kann in diesem Fall an einem Gestell oder einer anderweitigen Vorrichtung direkt oder indirekt (z.B. über ein elastisches Element) befestigt sein.
Vorzugsweise ist das Antriebsystem oberhalb (in Bezug auf die Schwerkraftrich tung) des Schwingelements angeordnet, so dass die Vorspannkraft auf das Zuge lement entgegengesetzt zur Erdanziehung aufgebracht wird. Nichtsdestotrotz kann das Antriebssystem auch unterhalb des Schwingelements vorgesehen sein, so dass die Vorspannkraft auf das Zugelement in Richtung der Erdanziehung auf gebracht wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Langlebigkeit durch den Verzicht auf mechanische Sensorik gegeben sein. So können beispielsweise nur nicht-mechanische Sensoren verwendet werden, um eine Position des Schwingelements relativ zu dem Antriebssystem zu bestimmen. Durch die Ver wendung einer mikrocontroller-basierten, intelligenten Steuerung kann eine ener gieoptimale Schwingbewegung realisiert werden, da keine mechanische Sensorik die Schwingbewegung dämpft und nur minimale Reibungsverluste existieren. Die intelligente Steuerung der Steuereinheit kann weiterhin dafür sorgen, dass nur mi nimale Schwingenergie für ein ruhiges Verhalten des Kindes/Babys aufgewendet wird.
Vorzugsweise umfasst das Antriebssystem weiterhin zumindest einen Sensor zur Bestimmung einer Verlagerung des distalen Endes des Zugelements, wobei der zumindest eine Sensor vorzugsweise ein kontaktloser Sensor ist.
Die im Stand der Technik verbaute mechanische Sensorik zur Messung der Schwinggeschwindigkeit und -richtung, bspw. über Dynamos und Stellmotoren, wirkt sich nachteilig auf die Haltbarkeit des Antriebssystems aus, da diese Kompo nenten schnell verschleißen können. Ferner ist die Nachhaltigkeit negativ beein fluss, da die Produktion dieser Komponenten Energie kostet und insbesondere Dynamos die Schwingbewegung dämpfen und somit mehr Zugkraft bedingen. Zu dem werden durch mechanische Komponenten Geräusche erzeugt, insbesondere surrende Betriebsgeräusche von Stellmotoren.
Um die Auslenkung der Schwingbewegung zu messen, kann ein nicht-mechani scher Sensor verwendet werden, der die Verlagerung des distalen Endes des Zu gelements (d.h. eine Bewegung des Zugelements) messen kann. Hierbei kann es sich um einen optischen Bewegungssensor handeln, welcher wahlweise eine Ro tation einer Welle der Antriebseinheit und/oder eine Geschwindigkeit des Zugele ments messen kann. Nichtsdestotrotz können auch andere Sensoren für die Mes sung verwendet werden, wie beispielsweise Ultraschallsensoren oder elektromag netische Sensoren (z.B. Hallsensor). Die Sensoren können die Bewegung des Zu gelements direkt an dem Zugelement selbst, an der Welle der Antriebseinheit, di rekt im Motor, an der Rolle oder an einem zusätzlichen Bauteil, wie beispielsweise einem Polrad, das sich zusammen mit der Welle dreht, gemessen werden. Mit an deren Worten kann als Motor beispielswiese ein 3-phasen-Motor eingesetzt sein, welcher integrierte Sensoren aufweist. Somit kann die Antriebseinheit ein Aktor sein, der durch die Steuereinheit basie rend auf einer Steuerungslogik gesteuert wird. Dazu kann die Steuereinheit von dem zumindest einen Sensor Sensordaten (d.h. Messwerte) empfangen und wei terverarbeiten. Als Resultat der Weiterverarbeitung kann die Steuereinheit Steue rungsbefehle ausgeben, mit der die Antriebseinheit gesteuert werden kann. Als Steuereinheit kann ein standardisierter Einplatinencomputer, bevorzugt Raspberry Pi, verwendet werden, der die Antriebseinheit steuern kann und die Sensordaten aufnehmen und verarbeiten kann. Jedoch können auch andere Steuerungen als Steuereinheit verwendet werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung muss beim Start des Antriebs systems die Zugkraft der Antriebseinheit mehr Energie aufwenden, um das Schwingelement in Schwingung zu versetzen als für die Aufrechterhaltung einer Schwingbewegung des Schwingelements notwendig ist, da das komplette Gewicht des Schwingelements entgegen der Schwerkraft bewegt werden muss. Das Prob lem ist jedoch, dass eine zu starke Zugkraft bei geringem Gewicht des Schwin gelements zu einer ruckartigen ungewollt starken Beschleunigung bzw. zu einem ungewollten Überschreiten der zulässigen Schwingamplitude führen kann. Daher kann die Steuereinheit dazu ausgestaltet sein, die Steuerung der Antriebseinheit in sehr kurzen Zeitabständen (wenige Millisekunden) zu steuern, um eine Bewe gung des Zugelements zu beeinflussen. Parallel dazu kann über den zumindest einen Sensor die Verlagerung des distalen Endes des Zugelements gemessen werden und die Steuerung der Antriebseinheit basierend auf diesen Messdaten angepasst werden. Demnach kann die Zugkraft der Antriebseinheit aktiv gesteuert werden. Ferner kann zunächst mit einer kleinen Zugkraft (beispielsweise 10% der maximalen Zugkraft oder der maximalen Leistung der Antriebseinheit) gestartet werde. Die Antriebseinheit kann eine Leistung von 2 W bis 10 W aufweisen. Dabei kann die Antriebseinheit mit 12 V Gleichstrom betrieben werden. Somit kann ein effizienter Betrieb der Antriebseinheit sichergestellt werden. Im Falle der Verwen dung als Antrieb einer Federwiege für Kinder beträgt die Leistung der Antriebsein heit vorzugsweise zwischen 3 W und 5 W. Als besonders effizient hat sich eine Leistung von 3,8 W gezeigt (bei 12V DC also 0,6 A). Die Zugkraft kann dann so lange erhöht werden, bis eine Auslenkung über den zumindest einen Sensor ge messen wird. Bei jeder Schwingbewegung (z.B. bei einer halben Periodendauer) kann das Verhältnis von tatsächlicher und gewünschter Schwingungsamplitude überprüft werden und die Steuerung der Antriebseinheit durch die Steuereinheit so angepasst werden, dass die gewünschte Schwingungsamplitude erreicht wird. Je näher die Schwingamplitude dem gewünschten Zielwert der über einen Regler einstellbaren Schwingungsamplitude (d.h. Schwingungsintensität) erreicht, desto weniger Zugkraft wird durch die Antriebseinheit aufgewendet, um möglichst sanft die gewünschte Schwingamplitude zu erreichen. In einem Speicher der Steuerein heit kann dazu als Konfigurationsparameter die gewünschte minimale Anzahl an Schwingamplituden bis zur Erreichung der gewünschten Schwingintensität hinter legt sein. Somit kann die Steuereinheit die Antriebseinheit so steuern, dass die ge wünschte Schwingungsamplitude sehr sanft erreicht wird oder so, dass die ge wünschte Schwingungsamplitude rasch erreicht wird. Somit ist die Antriebseinheit auf jegliche Anforderungen anpassbar und individuell durch die Steuereinheit steu erbar.
Somit kann die Steuereinheit dazu ausgestaltet sein, Aktionen zu veranlassen (d.h. die Antriebseinheit zu steuern) und ein Ergebnis davon (d.h. die eingetretene Schwingung) zu überprüfen, ob dieses dem erwarteten Ergebnis entspricht. Bei Abweichungen können Rückschlüsse beispielsweise durch eine künstliche Intelli genz oder ein regelbasiertes System bestimmt werden, die wahlweise dem Benut zer angezeigt werden und/oder zu einer angepassten Steuerung durch die Steuer einheit führen können. Somit können Schäden an dem Antriebssystem und/oder externe störende Faktoren frühzeitig erkannt werden und dem Nutzer mitgeteilt werden (beispielsweise ein Defekt an dem Zugelement, ein Fremdkörper im Schwingbereich, ein Widerstand beim Einfedern usw.).
Durch die Steuerung der Steuereinheit kann das Antriebssystem über eine soge nannten „Cool-Down“-Funktionalität verfügen, die die Schwingbewegung bei ei nem Ausschalten durch entgegengesetzte Beschleunigung der Amplitude dämpft und ein Nachschwingen unter Einsatz der Kraft der Antriebseinheit verhindert. Dazu kann angegeben werden, wie viele Schwingbewegungen ausgeführt werden sollen, um die Schwingbewegung zu stoppen.
Ferner kann das Antriebssystem durch die Steuereinheit gemäß einer Stand-By- Funktionalität oder Halte-Funktionalität gesteuert werden, bei der die Antriebsein heit so angesteuert wird, dass die Distanz zwischen Schwingelement und An triebssystem möglichst konstant bleibt, um das Ein- und Ausladen einer Person in das Schwingelement zu vereinfachen. Hierbei kann eine Bewegung des Zugele ments erkannt werden und die Antriebseinheit so angesteuert werden, um eine Zugkraft in die entgegengesetzte Richtung zu erzeugen.
Darüber hinaus kann die Steuereinheit über eine Notstopp-Funktionalität verfügen, die über einen dedizierten Schalter, ein Bedienelement und sämtliche über das In ternet angeschlossenen Steuerungselemente, wie Sprachassistenz, App etc., aus gelöst werden kann. Diese Notstopp-Funktion verwendet die maximal zur Verfü gung stehende Kraft der Antriebseinheit, um die Schwingbewegung möglichst schnell zu stoppen. Somit kann in einer Notsituation ein Betrieb der Antriebsein heit möglichst schnell beendet werden.
Vorzugsweise umfasst das Antriebssystem ferner eine elektronische Abschaltvor richtung umfasst, wobei die Steuereinheit dazu ausgestaltet ist, regelmäßig Be triebssignale an die Abschaltvorrichtung zu senden, und wobei die Abschaltvor richtung dazu ausgeschaltet ist, automatisch die Stromversorgung zu der Antriebs einheit zu unterbrechen, wenn sie keine Betriebssignale empfängt. Mit anderen Worten kann das Antriebssystem über eine elektronische Abschaltvorrichtung o- der Not-Aus-Baugruppe (beispielsweise ein Relais) verfügen, die dazu ausge schaltet ist, automatisch die Stromversorgung zu dem Motor zu unterbrechen, wenn keine Signale (beispielsweise von einer Signaleinheit) mehr empfangen wer den. Die elektronische Abschaltvorrichtung kann Teil der Steuereinheit sein. Dies dient dem Schutz eines Durchbrennens des Motors (d.h. der Antriebseinheit). Dies könnte beispielsweise auftreten, wenn die Steuerungssoftware der Steuereinheit eine Fehlfunktion hat oder „hängen bleibt“ oder ein in der Steuereinheit vorgese hener Einplatinencomputer im laufenden Betrieb einen Defekt aufweist, während Spannung am Motor anliegt. Ferner kann die Antriebseinheit und/oder die Steuer einheit so ausgestaltet sein, dass im laufenden Betrieb Signale an die elektroni sche Abschaltvorrichtung gesendet werden (beispielsweise von einer Signalein heit), damit keine Stromabschaltung erfolgt. Diese Notfallabschaltung kann auch durch die Steuereinheit initiiert werden, wenn die Sensorwerte auf eine Systemstö rung hindeuten, die einen weiteren Betrieb nicht mehr möglich machen, beispiels weise wenn das Zugelement gerissen oder blockiert ist. Betriebssignale können beispielsweise Betriebsbefehle oder standardisierte Signale sein, die in einem vor bestimmten Zeitintervall gesendet werden. Somit kann die Betriebssicherheit er höht sein.
Ferner kann die Steuereinheit (beispielsweise durch eine Steuerungssoftware) dazu ausgestaltet sein, kontinuierlich die Sensorwerte und/oder ausgehende Steu ersignale zu überprüfen. Kommt es zu Abweichungen von einem intendierten Ver halten, kann eine Störung protokolliert werden. Dabei können betriebsverhin dernde Störungen, etwa bei einem gerissenen oder blockierten Zugelement, von betriebseinschränkenden Störungen, etwa eine verminderte Leistungsfähigkeit des Motors unterschieden werden. Die Steuereinheit kann dazu ausgestaltet sein solche Störungen in Form von Benachrichtigungen (beispielsweise mittels App, Gehäuse-LED, etc.) an einen Nutzer zu kommuniziert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Antriebssystem einen Krafts ensor aufweist, der dazu ausgestaltet ist, die auf das Zugelement aufgebrachte Kraft zu erfassen.
Der Kraftsensor kann ein Dehnungsmesstreifen, ein Piezo-Kraftaufnehmer oder dergleichen sein. Somit kann eine Kraft, die auf das Zugelement wirkt gemessen werden. Durch eine Änderung kann die Steuereinheit auf verschiedene Zustände des Schwingelements schließen. So kann eine abrupte Erhöhung der auf das Zu gelement wirkende Kraft für ein Hängenbleiben oder einen ungewollten externen Eingriff in die Schwingbewegung des Schwingelements sprechen. Ferner kann bei einer plötzlichen Verringerung der Zugkraft bestimmt werden, dass eine Person aus dem Schwingelement entfernt wurde oder herausgefallen ist. Darüber hinaus kann mittels des Kraftsensors bestimmt werden, ob das Zugelement durchhängt oder mit Spannung mit dem Schwingelement verbunden ist. Dies ist der Fall, wenn die durch die Antriebseinheit angelegt Vorspannkraft mit dem Kraftsensor messbar ist. Dann kann die Steuereinheit bestimmen, dass das Zugelement mit Spannung mit dem Schwingelement verbunden ist.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgestaltet, die Antriebseinheit auf Basis der durch den Kraftsensor erfassten Kraft zu steuern.
Basierend auf den durch den Kraftsensor erlangten Informationen kann die Steu ereinheit reagieren. So kann sie beispielsweise bei einer abrupten Erhöhung der Zugkraft in dem Zugelement den Betrieb der Antriebseinheit stoppen, um einen möglichen Schaden zu vermeiden. Zusätzlich kann ein Flinweis an eine Schnitt stelle oder Ausgabegerät ausgegeben werden. Genauso kann die Steuereinheit bei einem abrupten Abfall der Zugspannung in dem Zugelement den Betrieb der Antriebseinheit stoppen und/oder einen Alarm ausgeben. Ferner kann die Informa tion über die in dem Zugelement wirkende Kraft dazu genutzt werden zu prüfen, ob das Zugelement gespannt ist oder durchhängt. Sobald die Steuereinheit er kennt, dass die Vorspannung in dem Zugelement anliegt, kann sie davon ausge hen, dass das Zugelement unter Spannung steht und somit nicht durchhängt.
Vorzugsweise beträgt die Vorspannkraft weniger als 15 % der maximalen Leistung der Antriebseinheit, vorzugsweise weniger als 10 % der maximalen Leistung der Antriebseinheit und stärker bevorzugt weniger als 8 % der maximalen Leistung der Antriebseinheit.
Die Vorspannkraft kann größer sein als die aus dem Eigengewicht des Zugele ments resultierende Kraft. Sobald die Vorspannkraft größer ist, kann das Zugele- ment gespannt werden. Dabei muss eine aus dem Eigengewicht des Schwingele ments und einer etwaig darin aufgenommenen Person resultierende Kraft nicht übertroffen werden, da die Vorspannkraft lediglich das Zugelement spannen soll und nicht das Schwingelement bewegen soll. Die maximale Leistung der Antriebs einheit kann sich aus dem geplanten Einsatzzweck der Antriebseinheit ergeben. Sollen damit relativ schwere Gegenstände und/oder Personen in Schwingung ge bracht werden, so kann die Antriebseinheit mehr Leistung haben. Gleichzeitig muss dabei aber auch das Zugelement entsprechend stabil ausgebildet sein, um eine relativ schwere Last tragen zu können. Es wurde herausgefunden, dass bei einer Vorspannung, die kleiner 15% der maximalen Leistung der Antriebseinheit ist, das Zugelement zuverlässig vorgespannt werden kann, so dass ein durchhän- gen des Zugelement vermieden werden kann. Dies trifft auch auf den Fall zu, bei dem das Zugelement zumindest teilweise in einem Winkel zu der Vertikalen ver läuft. Ein Wert kleiner als 10% der maximalen Leistung ist besonders vorteilhaft, wenn das Zugelement in der Vertikalen verläuft, da dann weniger Kraft benötigt wird, um das Zugelement unter Spannung zu setzen (d.h. glatt zu ziehen). Der Be reich von kleiner 8% bietet bei einer Verwendung der Antriebseinheit bei Feder wiegen für Kinder oder Babys besondere Vorteile, da somit ein Betrieb der Feder wiege besonders effizient und geräuscharm möglich ist. Zudem reicht diese Vor spannung bei einem hier oft filigran ausgeführten Zugelement aus.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit ferner dazu ausgestaltet, die Antriebseinheit so zu steuern, dass das Schwingelement eine vorbestimmte Schwingbewegung aus führt.
Durch eine mikrocontrollerbasierte Steuerung der Steuereinheit sind komplexere Schwingungsmuster als lediglich eine gleichmäßige dauerhafte Schwingbewegung möglich. So kann beispielsweise ein Schwingmuster, das dem bei einer Autofahrt gleicht, nachgeahmt werden. Ein Nachschwingen kann durch die Stopp-Funktion unterbunden werden, die die Schwingbewegung bis zum Stillstand dämpft und ein Schwingen durch manuelle Eingriffe unterdrückt. Das Erreichen der gewünschten Schwingungsintensität kann algorithmisch durch variierenden Krafteinwirkung in einer gewünschten Dauer (also womöglich schnell) erreicht und dann auf einem Niveau gehalten werden. Die Steuereinheit kann eine variierende Last in dem Schwingelement erkennen (beispielsweise durch den obigen Kraftsensor und/oder durch Messen einer Amplitude des Schwingelements) und Antriebseinheit ent sprechend steuern, so dass die aufgebrachte Kraft auf die Nutzlast (d.h. auf das Gewicht des Schwingelements und etwaiger darin aufgenommener Personen) ab gestimmt ist. Ebenso kann die Steuereinheit einen Betrieb außerhalb eines zuläs sigen Schwingbereichs erkennen und daraufhin eine Warnung und/oder einen Notstopp ausführen.
Die Steuereinheit kann die Schwingauslenkung messen. Trägt man die Schwingauslenkung auf einer Y-Achse und die Zeit auf einer X-Achse ab, kann sich eine harmonische Schwingbewegung in einer Kurve in Anlehnung einer Si nus-Kurve abbilden. Dabei kann die Schwinggeschwindigkeit ungefähr beim Durchqueren des Gleichgewichtspunkts (also des Ruhepunkts des schwingungs losen Zustands) am höchsten sein und umso geringer werden, je näher sie an die minimale oder maximalen Auslenkung (also den Umkehrpunkt) herankommt. Die Steuereinheit kann die Kenntnis über die Schwingungsverläufe nutzen, um bereits kurz vor Erreichen des Umkehrpunktes die oben beschriebene Simulation des Spannungselements zu aktivieren, damit das Zugelement über die gesamte Dauer der Schwingbewegung konstant mit dem Schwingelement unter Spannung ver bunden bleibt.
Ferner kann die Steuereinheit eine Abweichung von der erwarteten Schwingungs auslenkung messen, um die Steuerung der Antriebseinheit anzupassen oder ab zuschalten. Beispielsweise kann die Steuereinheit feststellen, wenn der Schwin gungsverlauf von dem Sinuskurven-Verlauf abweicht, etwa falls keine Messwerte am oberen Umkehrpunkt erfasst werden. Ferner kann die Steuereinheit dazu aus gestaltet sein, eine Abweichung der tatsächlichen Schwingbewegung zu vorbe stimmten komplexen Schwingungsmustern (z. B. Simulation einer Autofahrt) zu messen und die Steuerung der Antriebseinheit entsprechend des komplexen Schwingungsmusters anzupassen. In diesem Fall ist die eingestellte Kraft in Rela tion zu einer verwendeten Feder (als Beispiel für ein rücksteilfähiges Element) und das Gewicht des Schwingelements zu groß und die Feder erreicht einen Zustand, in dem sie nicht weiter einfedern kann. Dieses unerwünschte Ereignis kann durch die Steuereinheit erkannt werden und durch automatische Reduktion der maxima len von der Antriebseinheit ausgeübten Kraft korrigiert werden.
Ein Benutzer kann ferner über eine Schnittstelle die Intensität der Schwingbewe gung steuern. Dabei kann der Nutzer die Intensität über einen Regler variieren (plus-/minus-Wippschalter, Potentiometer, Steuerung über eine Mobile-App oder ein elektronisches Bedienfeld). Die Steuereinheit kann aufgrund der Schwingbe wegung in Relation zur aufgewendeten Kraft erkennen, ob eine Untergrenze oder Obergrenze erreicht ist und einen Betrieb außerhalb dieser Bereiche verhindern. Die untere Grenze einer Schwingbewegung ist dann gegeben, wenn keine harmo nische Schwingung mehr möglich ist, da wahlweise die Bewegung so klein wäre, dass man sie nicht mehr als Schwingung wahrnehmen würde oder die Erfas sungsgenauigkeit der Steuereinheit und/oder der Sensoren unterschritten wird, so dass diese keine Schwingbewegung mehr messen können. Die Obergrenze ist dann erreicht, wenn, wie oben beschrieben kein oberer Umkehrpunkt gemessen werden kann. In diesem Fall kann die von der Antriebseinheit aufgebrachte Kraft durch die Steuereinheit soweit reduziert werden, dass die Obergrenze eine harmo nische Schwingbewegung erreicht.
Die Steuerung der Schwingbewegung kann in einer bevorzugter Ausführungsform über Schiebe- oder Drehregler sowie Wipptaster (+,-) an dem Antriebssystem er folgen oder durch entsprechende Visualisierungen auf der Oberfläche eines Touchbildschirms oder einer App geregelt werden. Gemäß einem Aspekt der vor liegenden Erfindung kann der Benutzer die Schwingintensität in einem Intervall der minimalen und maximalen Schwingintensität festlegen. Somit kann der Nutzer die vorbestimmte Schwingbewegung einstellen. Stellt der Benutzer den Regler auf ei nen beliebigen Wert, wird zunächst eine kleine Kraft angelegt und gemessen, wel- che Auswirkungen die Kraft auf die Schwingung hat. Die Kraft wird so lang in fest gelegten Zeitintervallen (beispielsweise in 0,5 s oder 5 ms Schritten) erhöht, bis die Steuereinheit eine Auslenkung feststellen kann. Dann kann die Steuereinheit ein der Gewicht des Schwingelement und/oder Kennwerte einer Feder bestimmen. Es erfolgt sukzessive eine Anpassung der Kraftsteuerung bis die Schwingungs amplitude den eingestellten Wert erreicht hat. Ergo steigt am Anfang die Kraft an, bis sich das Schwingelement in Bewegung versetzt und je näher die Schwingung an die eingestellte Intensität kommt, umso geringer wird die Kraft, bis sie bei Errei chen der eingestellten Schwingungsintensität nur noch zur Aufrechterhaltung der Schwingbewegung beiträgt.
Vorzugsweise ist die Antriebseinheit so ausgestaltet, dass sie eine variable Kraft auf das Zugelement aufbringen kann. Somit kann die Antriebseinheit dazu ausge staltet sein, eine auf das Zugelement aufzubringende Kraft variabel über einen Schwingzyklus aufzubringen. Mit anderen Worten kann die gesamte Kraft pro Schwingung variabel oder konstant über die gesamte Aufwärtsbewegung aufge wendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird am Extrempunkt der Schwingbewegung (z.B. am Wendepunkt des Schwingelements) eine geringere Stromzufuhr als am Scheitelpunkt der Schwingbewegung, an dem die Geschwin digkeit am höchsten ist, angelegt. Dadurch wird insbesondere erreicht, dass das Zugelement einen gleichmäßigen Übergang beim Richtungswechsel auch bei et waigen äußeren Störungen erfährt; das abrupte Anlegen der vollen Motorleistung kann zu ungewollten akustischen Effekten führen. Weiterhin erwies es sich als energiesparender, die erforderliche Zugkraft in einer Zeitspanne größerer Bewe gungsgeschwindigkeit anzulegen, und es führt zudem zu einer natürlicheren Be wegung, weil es einer Beschleunigungscharakteristik beim manuellen Schwingen mit der Hand entspricht.
Die Steuereinheit kann die Intensität ferner automatisch regeln. Somit kann an fänglich eine minimale Schwingbewegung bewirkt werden, um einen möglichst ge ringen Energieverbrauch zu benötigen. Sobald die Steuereinheit Informationen beispielsweise über weitere Sensoren (wie einen Erschütterungssensor oder ein Mikrofon) aufnimmt, kann die Schwingintensität erhöht bzw. umgekehrt verringert werden. Somit kann beispielsweise bei der Verwendung des Antriebssystems bei einer Federwiege für Kinder auf ein unruhiges Verhalten des Kindes reagiert wer den und automatisch der Betrieb der Antriebseinheit angepasst werden. Dabei liegt die in der Praxis beobachtete Annahme zugrunde, dass Kinder bei höherer Schwingamplitude leichter einschlafen. Ferner kann, wenn durch die Sensoren ein unruhiges Verhalten des Kindes festgestellt wird, eine Benachrichtigung beispiels weise als Push-Notification auf ein Smartphone gesendet werden.
Die Steuereinheit kann neben einer harmonischen Schwingbewegung beliebige weitere Bewegungsmuster (z.B. Schwingungsmuster), die sich durch Auf- und Ab bewegungen abbilden lassen, durch Steuern der Antriebseinheit realisieren. Eine aufwärtsgerichtete Bewegung ist dadurch limitiert, dass die Last des Schwingele ments durch eine maximale Zugkraft der Antriebseinheit nicht weiter gegen die Schwerkraft angezogen werden kann oder ein ggf. vorgesehenes elastisches Ele ment vollständig eingefedert oder vollständig komprimiert ist. Die abwärtsberich tete Bewegungen ist durch die maximale Auslenkung der Feder determiniert, die sich aus dem installierten Sicherheitsseil einer Feder ergibt oder durch die maxi male Länge des Zugelements. Die maximale Aufwärtsbeschleunigung ist durch die maximale Zugkraft der Antriebseinheit bestimmt, die maximale Abwärtsbe schleunigung durch die Schwerkraft. Die maximale Dämpfung einer Abwärtsbewe gung ist durch die maximale Zugkraft der Antriebseinheit bestimmt. Durch diese Eigenschaft in Verbindung mit einer sehr schnellen Ansteuerbarkeit der Antriebs einheit können eine Vielzahl von verschiedenen Bewegungsmuster ausgeführt werden. Ferner können weitere Ausgabemittel an dem Antriebssystem vorgese hen sein wie beispielsweise Lautsprecher oder Leuchten. Über die Lautsprecher können beispielsweise Musik oder individuell aufgenommene Audio-Dateien abge spielt werden. Der Benutzer kann festlegen, dass das Abspielen einer Audiodatei oder eines Lichtspiels in Abhängigkeit der Aktivität des Kindes erfolgen kann. Die Antriebseinheit kann dazu alle verfügbaren Sensordaten berücksichtigen, um eine Aktivität des Kindes in der Wiege zu registrieren (etwa Beschleunigungs- und Bremsimpulse, die für einen Hüftschwung oder Drehen des Kindes charakteris tisch sind). Hieraus kann ein Aktivitätsindex (beispielsweise 0 - 5) errechnet wer den, der eine Indikation für die Unruhe des Kindes liefert. Der Benutzer kann konfi gurieren, ab welchem Wert des Aktivitätsindex er benachrichtigt werden möchte - etwa um rechtzeitig beim Erwachen des Kindes vor Ort sein zu können. Weiterhin kann der Nutzer konfigurieren, dass ab einem bestimmten Aktivitätsindex Audio- dateien oder Lichtspiele abgespielt werden. Die Ausgabemittel können ebenfalls von der Steuereinheit angesteuert werden, um zusammen mit den Bewegungs mustern Situationen realitätsnah nachbilden zu können.
Beispielsweise kann somit eine Autofahrt nachgebildet werden. Neben der Hinter legung einer entsprechenden Steuerung der Antriebseinheit durch die Steuerein heit, kann das Antriebssystem über eine Schnittstelle mit einer App, die dem Be nutzer die Aufzeichnung einer Autofahrt ermöglicht, kommunizieren. Dies trägt den Erfahrungswerten Rechnung, dass Kinder auf verschiede Fahrprofile unterschied lich ansprechen. Die App kann dazu Fahrzeuggeräusche, Erschütterungen und Helligkeitsprofile (die beispielsweise durch vorbeiziehende Laternen entstehen) aufzeichnen. Der Nutzer kann Teile der Aufzeichnung auswählen ggf. Messdaten wie Helligkeit ausblenden und an das Antriebssystem übertragen. Diese kann die ses Profil abspielen, indem die Steuereinheit die Antriebseinheit und/oder die Aus gabemittel entsprechend steuert, um Erschütterungen, Geräusche und/oder Licht profile (z.B. von vorbeiziehenden Laternen), zu simulieren.
Die Steuerung der Antriebseinheit, also sämtliche Aktionen (an, aus, schneller, langsamer, ... ), das Abspielen von Bewegungsmustern, kann über beliebige ver bundene oder angeschlossene Schnittstellen (Interaktionsmechanismen) erfolgen, wie beispielsweise ein Touch-Display, eine Mobile-App oder die Integration mit Sprach-Assistenten (z.B. Alexa oder Siri). Diese Interaktionsmechanismen können auch zur Kommunikation von Feedback, Informationen und Benachrichtigungen verwendet werden. Vorzugsweise weist das Antriebssystem einen Energiespeicher auf, der dazu aus gestaltet ist, die Antriebseinheit und die Steuereinheit mit Energie zu versorgen.
Mit anderen Worten kann die Antriebseinheit über einen eingebauten Energiespei cher (beispielsweise einen Akku) verfügen, um den kabellosen Betrieb zu gewähr leisten. Dies ermöglicht eine mobile Nutzung ohne Netzteil und stellt die Fortfüh rung des Betriebs bei unterbrochener Stromversorgung, beispielsweise bei einem Stromausfall, sicher. Dabei kann die Steuereinheit dazu ausgestaltet sein, die Schwingintensität so an die verbleibende Akkukapazität anzupassen, dass die ge wünschte Rest-Schwingdauer, die beispielsweise über einen Timer einstellbar ist, möglichst erreicht wird.
Vorzugsweise erfolgt die Steuerung des Antriebsystems über eine Mobile-App, die mittels Bluetooth oder WLAN mit dem Antriebsystem kommuniziert. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine einfache Kopplung per Bluetooth vorgesehen, bei der mittels Drücken von ein oder mehreren Bedienelemente auf der Antriebsein heit oder einem Touch-Display der Kopplungsmodus des Antriebsystems aktiviert werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Touch-Display zur Steuerung des Antriebsystems von dem Antriebsystem abnehmbar, so dass es in einer ergonomischen Position angeordnet werden kann. Es kann über Kabel oder Funk mit dem Antriebsystems verbunden sein.
Vorzugsweise umfasst das Antriebssystem zumindest ein rücksteilfähiges Ele ment, das das Antriebssystem mit dem Schwingelement verbindet.
Das rücksteilfähige Element kann eine Feder oder ein anderes Element sein, das sich elastisch verformen kann. Mit anderen Worten kann sich das elastische Ele ment bei einem Aufbringen einer Last verformen und nach dem Entfernen der Last wieder in die Ausgangsposition zurückbewegen.
Elastische Elemente (z.B. Federn) können beispielsweise durch ihre Federkon stante charakterisiert sein. Ferner kann das rücksteilfähige Element durch eine Vorspannkraft und/oder eine Anzahl der verbauter Federn definiert sein. In einer bevorzugten Ausführungsform können verschiedene Federn mit einer Vorspann kraft von 5N pro Feder und unterschiedlichen Federkonstanten verwendet werden. Aus den Federkonstanten ergeben sich der resultierende Federweg in Verbindung mit der belastenden Kraft. Die Federkonstanten ergibt sich aus der belastenden Kraft und dem daraus resultierenden Federweg.
Das Antriebsystem kann mit unterschiedlichen elastischen Elementen betrieben werden. Die Federn können durch Kumulation oder Substitution zwischen An triebsystem und Schwingelement verwendet werden. Verschiedenen Federn kön nen beispielsweise verschiedene Gewichte, die in das Schwingelement aufgenom men werden sollen, zugeordnet werden (beispielsweise Basisfeder 3 - 5 kg, jede weitere Zusatzfeder +1 kg). Die Steuereinheit kann aufgrund der aufgewendeten Zugkraft in Verbindung mit der Amplitudenauslenkung und Schwingungsfrequenz erkennen, welche Federn verwendet werden. Ferner kann die Steuereinheit be stimmen, ob die verwendeten Federn zum Nutzgewicht passen. Hierbei kann eine individuelle Festlegung einer optimalen Schwingbewegung nebst Toleranzbereich in der Steuereinheit hinterlegt sein. Kommt es zu einer Abweichung erfolgt je nach Grad der Abweichung ein Flinweis an den Benutzer (blickendes Led, Benachrichti gung in einer Mobile-App (insb. Push-Notifikation), Alexa-Benachrichtigung, etc.) sowie ggf. zusätzlich die Verweigerung des Betriebs.
Der Benutzer kann weiteres Zubehör (etwa weitere Federn) hinzufügen sowie wei tere Funktionen. Dazu kann der Benutzer seine Antriebseinheit mit seinem Profil koppeln, welches auf dem Internetangebot eines Betreibers hinterlegt sein kann.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgestaltet, Eigenschaften des rücksteil fähigen Elements automatisch zu erfassen und basierend darauf die Antriebsein heit zu steuern.
In der bevorzugten Ausführungsform kann das rücksteilfähige Element für ver schiedene Lasten, die an dem Schwingelement auftreten können, variiert werden. Die Steuereinheit kann dazu ausgestaltet sein, unterschiedliche rücksteilfähige Elemente zu erkennen und deren Parameter zu bestimmen. Diese Parameter, ins besondere die Federkonstanten, können dann von der Steuereinheit als Konfigu rationsparameter gespeichert werden und bei der Steuerung der Antriebseinheit berücksichtigt werden. Somit können unterschiedliche rücksteilfähige Elemente verwendet werden, ohne dass es notwendig ist, manuell Parameter der neuen rücksteilfähigen Elemente in das Antriebssystem einzugeben. Vielmehr kann das Antriebssystem (insbesondere die Steuereinheit) ein rücksteilfähige Element und dessen Parameter automatisch erkennen und den Betrieb entsprechend automa tisch anpassen. Somit kann die Verwendung des Antriebssystems vereinfacht sein.
Als Parameter des rücksteilfähigen Elements (beispielsweise eine Feder) können die Federkonstante (Federhärte) oder die Federkennlinie herangezogen werden. Diese beschreiben den Zusammenhang zwischen Verformung (Weg s oder Win kel cp) und Kraft F oder Drehmoment Mt. Die Federkennlinie ist wie das ihr zugrun deliegende Flookesche Gesetz in guter Näherung gewöhnlich linear und kann in diesem Fall mittels einer Federkonstante (als deren Steigung) charakterisiert wer den. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein rücksteilfähiges Element mit ei ner nichtlinearen Kennlinie benutzt werden. Hierbei wurde herausgefunden, dass insbesondere bei Verwendung des Antriebsystems zum Antreiben einer Babyfe derwiege eine nichtlineare Kennlinie zu einem Schwingmuster führt, das rasch zu einer Beruhigung des in dem Schwingelement aufgenommenen Kindes führt.
Vorzugsweise umfasst das Antriebssystem eine Rekuperationsvorrichtung, die dazu ausgestaltet ist, Energie aus der Schwingbewegung des Schwingelements zurückzugewinnen.
Vorzugsweise kann das Antriebssystem eine Antriebseinheit mit einer geführten Spur für das Zugelement, einer Führung für das Zugelement und eine mechani sche Sperre sowie die Rekuperationsvorrichtung umfassen. Die Rekuperations vorrichtung kann eine elektrische Maschine sein, die von dem Zugelement ange trieben wird, wenn sich das Schwingelement von dem Antriebssystem wegbewegt. Mit anderen Worten kann die Rekuperationsvorrichtung angetrieben werden, wenn das Schwingelement von der Erdanziehungskraft bewegt wird. Somit kann in die sem Fall auf ein elastisches Schwingelement verzichtet werden. Dadurch kann das Antriebssystem kompakter realisiert werden, da kein rücksteilfähiges Element mit dem Antriebssystem und dem Schwingelement verbunden sein muss.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird Federwiegensys tem bereitgestellt, umfassend: eines der obigen Antriebssysteme, das ortsfest anordenbar ist, und ein Schwingelement zur Aufnahme zumindest einer Person, wobei das Schwingelement an dem Zugelement befestigt oder befestigbar ist.
Das Schwingelement kann eine Trage oder Wiege und ein Aufhängelement um fassen, wobei die Trage oder die Wiege ein Tuch oder eine formstabile Liege sein kann, welche an dem Aufhängelement angehängt oder anhängbar ist. In der Trage kann zumindest eine Person (z.B. ein Kind oder Baby) aufgenommen wer den. Das Federwiegensystem kann mit einem Neigungssensor ausgestattet sein. Vorzugsweise ist der Neigungssensor an dem Schwingelement oder dem Zugele ment angeordnet. Somit kann die Steuereinheit Informationen über die Position des Schwingelements erfassen und die Antriebseinheit auf Basis dieser Informati onen steuern. Weiterhin kann das Federwiegensystem eine Umlenkrolle umfas sen, die an einem Gestell, an dem zumindest das Schwingelement aufgehängt ist, angebracht ist. Das Zugelement kann über die Umlenkrolle geführt sein und mit der Antriebseinheit und mit der Schwingeinheit verbunden sein, so dass ein Kraft vektor des Zugelements geneigt zu der Vertikalen ausgerichtet ist. Vorzugsweise ist der von dem Zugelement auf die Schwingeinheit übertragene Kraftvektor mit ei nem Winkel von ca. 45° geneigt. Somit kann vorteilhaft eine Schaukelschwingung initiiert werden. Das Antriebssystem kann an einem ortsfesten Punkt (z.B. einem Türrahmen oder einem Gestell) festlegbar sein. Dazu kann das Federwiegensys tem einen Befestigungsmechanismus aufweise. Das Schwingelement kann unter halb des Antriebssystems mit dem Zugelement und optional mit einem rückstellfä- higen Element an dem Antriebssystem angebunden sein. Da sich die nutzlasttra gende Antriebseinheit stets auf einer Achse mit dem rücksteilfähigen Element und so der Nutzlast befindet, liefert der Neigungssensor Eingangsdaten um eine har monische Schaukelbewegung durch eine entsprechende Kraftansteuerung zu er reichen. Analog zu dem oben Ausgeführten, kann die Steuereinheit auch bei der Schaukelbewegung eine Cool-Down, Stand-By und Not-Stopp-Funktion ausfüh ren.
Das Federwiegensystem kann als Babyfederwiegensystem genutzt werden. Fer ner kann das Federwiegensystem auch von erwachsenen Menschen genutzt wer den.
Vorzugsweise umfasst das Federwiegensystem zumindest einen Sensor, der dazu ausgestaltet ist, einen Zustand der zumindest einen in dem Schwingelement auf genommenen Person zu erfassen, wobei die Steuereinheit dazu ausgestaltet ist, die Antriebseinheit auf Basis des erfassten Zustands zu steuern und/oder den Zu stand der zumindest einen Person an eine Ausgabeeinheit auszugeben.
Der Sensor kann beispielsweise eine Wärmebildkamera umfassen, die erkennt, dass die in dem Schwingelement aufgenommene Person zu kalt oder zu warm ist und einen Nutzer informiert. Ferner kann der Sensor einen Erschütterungssensor und/oder ein Mikrofon umfassen, so dass eine Aktivität der Person aufgenommen werden kann. Die Steuereinheit kann auf Basis dieser Sensordaten den Betrieb der Antriebseinheit steuern und anpassen. Ferner kann die Steuereinheit verschie dene Reaktionen der Person auf unterschiedliche Schwingmuster erfassen und speichern und somit Erfahrungswerte erzeugen, bei welchem Schwingmuster wel che Reaktionen der Person am häufigsten auftreten. Beispielsweise kann die Steuereinheit bei Babys feststellen, welches Schwingmusterzu einer Beruhigung oder zu einem Einschlafen des Babys führt. Ferner kann die Steuereinheit unter Verwendung von Erfahrungswerten und/oder den Sensordaten eine durchschnittli chen Schlafdauer der Person bestimmen und einem Nutzer anzeigen. Der Nutzer kann per Push-Notifikation oder Alexa-Benachrichtigung über Zustände und/oder zu erwartende Ereignisse informiert werden, so dass der Nutzer rechtzeitig bei dem Federwiegensystem sein kann, beispielsweise bevor ein Baby aufwacht. Fer ner kann der Sensor einen Feuchtigkeitssensor umfassen, der beispielsweise er kennt, dass ein Baby die Windeln voll hat. Auch diese Information kann an einen Nutzer weitergegeben werden, beispielsweise über ein Display an dem Federwie gensystem und/über eine Schnittstelle, insbesondere kabellos, an ein mobiles Ge rät.
Insbesondere, um die obigen Bestimmungen machen zu können, kann die Steuer einheit eine künstliche Intelligenz umfassen, die sämtliche Sensordaten überwa chen kann, um Erkenntnisse zum Zustand oder Verhalten der in dem Schwingele ment aufgenommen Person zu gewinnen und Aktionen zu veranlassen. Die künst liche Intelligenz kann beispielsweise ein künstliches neuronales Netz sein, das trainiert werden kann, indem die Informationen zu der Schwingbewegung des Schwingelements als Eingangsdaten verwendet werden und die Reaktionen der in dem Schwingelement aufgenommenen Person als Ausgangsdaten verwendet werden. Das neuronale Netz kann für jeden Nutzer individualisiert trainiert werden, indem es bei einem Gebrauch des Federwiegensystems ständig neu trainiert oder untrainiert wird. Somit kann das eine Steuerung des Federwiegensystems indivi duell angepasst werden.
Somit kann die Steuereinheit mittels regelbasierter Technologie oder künstlicher Intelligenz die optimalen Parameter für einen automatisierten Betrieb unter Be rücksichtigung der auftretenden Randbedingungen bestimmen und die Steuerein heit entsprechend steuern. Der automatische Betrieb optimiert in einer bevorzug ten Ausführungsform die Schwingintensität so, dass sie lediglich die minimale Be wegung zur Aufrechterhaltung eines geruhsamen Schlafs aufwendet. Wird ein un ruhiges Verhalten eines Kinds festgestellt, kann beispielsweise die Schwinginten sität temporär (d.h. zeitweise) erhöht werden. Weiterhin kann zu Beginn der Bewe gungsdauer eine höhere Schwingintensität ausgeübt werden. Beispielsweise kann die Steuereinheit Bewegungsmuster erlernen, die zu besonders ruhigem Schlaf des Kindes führen. Die gelernten Bewegungsmuster können für Kurzschlafphasen (Mittagsschlaf) und Langschlafphasen (nachts) unterschieden werden. Der oben erwähnte Aktivitätsindex kann eine Datengrundlage für den lernenden automati schen Betrieb darstellen.
Durch den automatischen Betrieb kann ein möglicher Gewöhnungseffekt eines Kindes an die Schwingbewegung reduziert werden. Der automatische Betrieb kann ferner in einem Modus gestartet werden, indem die Bewegungsintensität sukzessive reduziert wird, um ein Abgewöhnen des Kindes an die Schwingbewe gung zu begünstigen.
Darüber hinaus kann die Steuereinheit Sensordaten anonymisiert an einen zentra len Internet-Dienst senden, um Erfahrungswerte von Installationen anderer Feder wiegensysteme zu ähnlichen Sensordaten abzufragen, um so das eigene Lernen (durch mehr verfügbare Trainingsdaten) zu beschleunigen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Simulation eines elastischen Zugelements bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Antriebssystems, das ein Zugelement mit einem dis talen Ende, das dazu ausgestaltet ist, an einem Schwingelement befestigt zu wer den, und eine Antriebseinheit, die dazu ausgestaltet ist, eine freie Länge des Zu gelements zu vergrößern und/oder zu verkleinern, um eine Position des Schwin gelements relativ zu dem Antriebssystem zu ändern, umfasst, b) Betreiben der Antriebseinheit, so dass eine Vorspannung auf das Zuge lement aufgebracht wird, um ein elastisches Zugelement zu simulieren, c) Bestimmen, dass sich das distale Ende des Zugelements nicht auf die Antriebseinheit zubewegt, und d) Beenden der Simulation des elastischen Zugelements.
Somit kann auf ein mechanisches Zugelement verzichtet werden, da durch das er finderische Verfahren ein solches Zugelement durch gezieltes Ansteuern der An triebseinheit simuliert werden kann. Somit können durch das Verfahren dieselben Vorteile erzielt werden wie durch die obige Vorrichtung und ein besonders leiser und effizienter Betrieb einer Federwiege erreicht werden.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte: e) Betrieben der Antriebseinheit, um eine Schwingbewegung des Schwin gelements zu initiieren, so dass sich das distale Ende des Zugelements von der Antriebseinheit wegbewegt, f) Bestimmen, dass sich das distale Ende des Zugelements nicht mehr von der Antriebseinheit wegbewegt, und g) Betreiben der Antriebseinheit, so dass die Vorspannung auf das Zugele ment aufgebracht wird, um ein elastisches Zugelement zu simulieren.
Alle Vorteile des Verfahrens gelten analog auch für die Vorrichtung und anders herum. Ferner können einzelne Aspekte von Ausführungsformen mit anderen As pekten anderer Ausführungsformen kombiniert werden und neue Ausführungsfor men bilden.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Antriebssystem gemäß einer Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung in Verwendung mit einem Federwiegensys tem,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Antriebssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verwendung mit einem Federwie gensystem,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Antriebssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verwendung mit einem Federwie gensystem, Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Antriebssystem gemäß einerweiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verwendung mit einem Federwie gensystem,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Antriebssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verwendung mit einem Federwie gensystem,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Antriebssystem gemäß einerweiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verwendung mit einem Federwie gensystem,
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Antriebssystem gemäß einerweiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verwendung mit einem Federwie gensystem, und
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Federwiegensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Federwiegensystems 100. Das Fe derwiegensystem umfasst ein Antriebssystem 2 gemäß einer weiteren Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung. Das Federwiegensystem 100 ist bei der vorliegenden Ausführungsform mit einer Befestigung 1 ortsfest aufhängbar. So kann das Federwiegensystem 100 beispielsweise an einem Flaken an einer De cke, einem Türrahmen und/oder einem Gestell aufgehängt werden. Das Antriebs system 2 ist so mit der Befestigung 1 verbunden, dass das Antriebssystem 2 im Betriebszustand unterhalb der Befestigung 1 hängt. Das Federwiegensystem 100 umfasst ferner ein Zugelement 4 und ein rücksteilfähiges Element 3. Das rücksteil fähige Element ist in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform eine Feder. In ei ner weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist das rücksteilfähige Element ein elastisches Element, das ein dehnbares Material (wie Gummi oder Elastomer) umfasst und seine Länge elastisch variieren kann. Das Zugelement und das elasti sche Element 3 sind beide an dem Antriebssystem 2 befestigt, so dass sie im Be triebszustand unterhalb des Antriebssystems 2 hängen. An dem Zugelement 4 und dem elastischen Element 3 ist ein Aufhängelement 5 angebunden, das als Teil des Schwingelements dient. An dem Aufhängelement 5 wiederum ist eine Trage oder Wiege 6 angeordnet (beispielsweise aufgehängt), in der eine Person (beispielsweise ein Baby, Kind) Platz finden kann. Somit bilden die Trage 6 und das Aufhängelement 5 zusammen das Schwingelement.
Das Zugelement 4 kann von der einer in dem Antriebssystem 2 aufgenommenen Antriebseinheit 21 (siehe Fig. 2) so verkürzt werden, dass sich ein Abstand zwi schen dem Schwingelement und dem Antriebssystem 2 verkleinert. Bei der vorlie genden Ausführungsform wird das Zugelement auf einer Rolle 7 (nicht in Fig. 1 dargestellt) auf- und abgerollte, um den Abstand zwischen Antriebssystem 2 und Schwingelement zu variieren. Durch anschließendes Freigeben des Zugelements 4 kann sich das Schwingelement wieder von dem Antriebssystem 2 aufgrund der Erdanziehungskraft wegbewegen. Hierbei übt das Zugelement 4 keine Kraft auf das Schwingelement aus. Das elastische Element 3 verformt sich elastisch und bremst dabei die Bewegung des Schwingelements bis zum Stillstand ab. Anschlie ßend übt das elastische Element 3 eine der vorherigen Bewegung entgegenge setzte Kraft auf das Schwingelement aus, so dass sich das Schwingelement in ei ner Rückbewegung wieder auf das Antriebssystem 2 zubewegt. Während der Rückbewegung übt das Zugelement 4 keine Kraft auf das Schwingelement aus. Somit kann eine Schwingung des Schwingelements initiiert werden.
Um die Schwingung durch periodisches Anziehen des Zugelements 4 aufrecht er halten zu können, muss das Zugelement 4 stets unter Spannung gehalten werden. Mit anderen Worten sollte das Zugelement 4 nicht durchhängen, so dass ein direk tes Anziehen des Schwingelements durch ein Aufrollen des Zugelements 4 mög lich ist. Im Stand der Technik wird ein gespanntes Zugelement durch ein mechani sches Spannelement bereitgestellt. Dabei ist das mechanische Spannelement meist eine Spiralfeder auf einer Welle der Antriebseinheit 21. Bei der vorliegenden Erfindung wird dieses mechanische Spannelement durch ein gezieltes Betreiben der Antriebseinheit 21 simuliert. So wird eine freie Länge des Zugelements 4 bei einer Aufwärtsbewegung des Schwingelements (d.h. bei einer Bewegung zu dem Antriebsystem 2 hin) so verkürzt, dass das Zugelement stets zwischen dem An triebssystem und dem Schwingelement gespannt ist. Somit ist gewährleistet, dass bei einem Betreiben der Antriebseinheit direkt auf die Bewegung des Schwingele ments eingewirkt werden kann. So können auch komplexe Schwingungsmuster durch gezieltes Betreiben der Antriebseinheit 21 realisiert werden. Genauso kann auch eine harmonische Schwingung, die beispielsweise konstant beibehalten wird, bereitgestellt werden.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Federwiegensystems 100 gemäß ei nerweiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Unterscheid zu Fig.
1 ist in Fig. 2 ein Gehäuse 9 des Antriebssystems geschnitten, so dass die in dem Antriebssystem 2 dargestellten Elemente sichtbar sind. So ist beispielsweise die Rolle 7, die von der Antriebeinheit 21 drehend angetrieben werden kann und um die das Zugelement 4 auf- und abgewickelt werden kann, dargestellt. Zudem ist bei der vorliegenden Ausführungsform ein Bewegungssensor 8 in dem Gehäuse 9 des Antriebssystems angeordnet. Der Bewegungssensor 8 ist dazu ausgestaltet eine Bewegung des Zugelements 4 zu detektieren. Dabei kann der Bewegungs sensor 8 einen Bewegungsbetrag und eine Bewegungsrichtung erfassen. Somit kann eine Steuereinheit 22, die ebenfalls in dem Antriebssystem angeordnet ist, auf die Position des Schwingelements relativ zu dem Antriebssystem 2 schließen. Folglich kann die Antriebseinheit 21 hoch genau gesteuert werden, um zum einen vorbestimmte Schwingmuster zu realisieren und zum anderen das Zugelement 4 stets unter Spannung zu halten. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Zugelement 4 durch den Sensor 8 geführt. Dabei kann der Sensor beispielsweise mit zwei Messrollen versehen sein, zwischen denen das Zugelement eingeklemmt ist. Durch die Rotation diese Messrollen kann der Sensor auf eine Bewegung des Zugelements 4 schließen. Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Federwiegensystems 100 gemäß ei nerweiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in Fig. 3 darge stellte Ausführungsform entspricht der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform, mit dem Unterschied, dass der Bewegungssensor 8 bei der vorliegenden Ausfüh rungsform ein nicht-mechanischer Sensor ist. Mit anderen Worten kann der Sen sor 8 ein optischer oder eine elektromagnetischer Sensor sein. Daher kann ein Betrieb des Antriebssystems 2 besonders leise und verschließarm sein. Hierbei kann der Sensor 8 beispielsweise auf ein Polrad 12 gerichtet sein, das an die Welle der Antriebseinheit 21 montiert ist. Das Polrad 12 kann regelmäßige Aus sparungen aufweisen, die von dem Sensor 8 detektiert werden können. Ferner kann das Polrad magnetisierte Elemente aufweisen, die von dem Sensor 8 wahr genommen werden können. In diesem Fall kann der Sensor 8 ein Flall-Sensor sein.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung des Federwiegensystems 100 gemäß ei nerweiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei weist die vorlie gende Ausführungsform zusätzlich oder alternativ zu den Sensoren der obigen Ausführungsformen weitere Sensoren 14 zur Aufnahme von Informationen einer in der Trage aufgenommen Person auf. Die Sensoren 14 können beispielsweise ei nen Erschütterungssensor umfassen. Damit kann eine Bewegung der Person in der Trage 6 detektiert werden. Insbesondere aufgrund der auf Spannung gehalte nen Verbindung zwischen Antriebssystem 2 und dem Schwingsystem durch das Zugelement 4 können Bewegungen der Person in der Trage 6 auf das Antriebs system 2 übertragen werden. Daraufhin kann die Steuereinheit 22 den Betrieb der Antriebseinheit 21 auf die erfassten Erschütterungen abstimmen. Wird beispiels weise durch das Erfassen von Erschütterungen durch Sensoren 14 auf ein unruhi ges Verhalten eines in der Trage 6 aufgenommenen Kindes geschossen, kann die Schwingintensität erhöht bzw. umgekehrt verringert werden. Dabei liegt die in der Praxis beobachtete Annahme zugrunde, dass Kinder bei höherer Schwingamplitude leichter einschlafen. Wenn durch die Sensoren 14 ein unruhi ges Verhalten der Person festgestellt wird, kann ferner eine Benachrichtigung bei spielsweise als Push-Notification auf ein Smartphone gesendet werden. Fig. 5 ist eine schematische Darstellung des Federwiegensystems 100 gemäß ei nerweiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vorliegenden Aus führungsform unterschiedet sich von den vorhergehenden Ausführungsformen, in dem hier kein elastisches Element vorgesehen ist, sondern das Schwingelement lediglich mittels eines Zugelements 4 mit dem Antriebssystem 2 verbunden ist. Ferner weist das Antriebssystem 2 eine Rolle 15 mit einer Führung 16 für das Zu gelement 4 auf. Mit anderen Worten wird das Zugelement 4 durch die Führung 16 gezielt auf die Rolle 15 aufgewickelt. Somit kann immer eine konstante Kraft von der Rolle 15 auf das Zugelement 4 aufgebracht werden und andersherum. Die Rolle 15 wird wie bei den obigen Ausführungsformen durch eine Antriebseinheit (nicht dargestellt in Fig. 5) angetrieben. Ferner ist eine Rekuperationsvorrichtung 18 in dem Antriebssystem 2 vorgesehen und mit der Welle, auf der die Rolle 15 angeordnet ist, verbunden. Somit kann bei einer Bewegung des Schwingelements weg von dem Antriebssystem 2 (d.h. durch die Erdanziehungskraft getrieben) Energie aus der Bewegung des Schwingsystems zurückgewinnen. Ferner ist ein Bewegungssensor 8 in Form eines Dynamos mit der Welle verbunden. Somit kann die Position des Schwingelements relativ zu dem Antriebsystem zuverlässig be stimmt werden. Zudem weist diese Ausführungsform ein mechanisches Sperrele ment 17 auf, das dazu ausgestaltet ist, das Zugelement 4 zu halten, wenn bei spielsweise keine Bewegung des Schwingelements gewünscht ist.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung des Federwiegensystems 100 gemäß ei nerweiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungs form entspricht den in Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsformen mit dem Un terschied, dass der Bewegungssensor direkt auf das Zugelement 4 gerichtet ist und eine Bewegung des Zugelements 4 registrieren kann. Hierbei handelt es sich bei dem Sensor um einen Ultraschallsensor. Dieser nicht-mechanische Sensor hat wie die oben erwähnten optischen Sensoren den Vorteil, dass ein Betrieb des An triebssystems 2 sehr leise und verschleißarm ist. Fig. 7 ist eine schematische Darstellung des Federwiegensystems 100 gemäß ei ner weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungs form entspricht den in Fig. 2 bis 4 und 6 dargestellten Ausführungsformen mit dem Unterschied, dass der Bewegungssensor als ein Dynamo ausgestaltet ist, der sich auf derselben Welle wie die Rolle 7 und die Antriebseinheit 21 befindet. Folglich können Bewegungen der Rolle 7 und damit des Zugelements einfach erfasst wer den.
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung eines Federwiegensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei ist das Zugelement 4 mittels zweiter Umlenkrollen umgelenkt, so dass das Zugelement 4 mit einem Winkel von ca. 45° relativ zu der Florizontalen von dem Antriebssystem 2 zu dem Aufhängele ment 5 verläuft. Ferner weist die Trage 6 der vorliegenden Ausführungsform einen Neigungssensor auf. Somit kann die Steuereinheit 22 Informationen über die Posi tion der Trage 6 erfassen und die Antriebseinheit 21 auf Basis dieser Informatio nen steuern. Die Umlenkrollen sind an einem Gestell, an dem zumindest das Schwingelement aufgehängt ist, angebracht. Somit kann durch Betätigen des Zu gelements 4 eine Schwingbewegung initiiert werden.
Bezuqszeichenliste
1 Befestigung
2 Antriebssystem
3 rücksteilfähiges Element
4 Zugelement
5 Aufhängelement
6 Trage
7 Rolle
8 Bewegungssensor
9 Gehäuse
12 Polrad
14 Erschütterungssensor
15 Rolle mir geführter Spur 16 Führung für Zugelement
17 mechanische Sperre
18 Rekuperationsvorrichtung 21 Antriebseinheit 22 Steuereinheit
100 Federwiegensystem

Claims

Ansprüche
1. Antriebssystem (2) für ein Federwiegensystem (100), insbesondere für eine Kinder- oder Babyfederwiege, zur Erzeugung einer Schwingbewegung, um fassend: ein Zugelement (4) mit einem distalen Ende, das dazu ausgestaltet ist, an ei nem Schwingelement befestigt zu werden, eine Antriebseinheit (21), die dazu ausgestaltet ist, eine freie Länge des Zu gelements (4) zu vergrößern und zu verkleinern, um eine Position des Schwingelements relativ zu dem Antriebssystem (2) zu ändern, und eine Steuereinheit (22), die dazu ausgestaltet ist, die Antriebseinheit (21) so zu steuern, dass eine Vorspannkraft auf das Zugelement (4) wirkt unabhän gig von der Position des Schwingelements relativ zu dem Antriebssystem (2).
2. Antriebssystem (2) gemäß Anspruch 1 , weiterhin umfassend zumindest ei nen Sensor (8) zur Bestimmung einer Verlagerung des distalen Endes des Zugelements (4), wobei der zumindest eine Sensor (8) vorzugsweise ein kontaktloser Sensor ist.
3. Antriebssystem (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebseinheit (21) so ausgestaltet ist, dass sie eine variable Kraft auf das Zugelement (4) aufbringen kann.
4. Antriebssystem (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebssystem (2) einen Energiespeicher aufweist, der dazu ausgestaltet ist, die Antriebseinheit (21) und die Steuereinheit (22) mit Energie zu versorgen.
5. Antriebssystem (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorspannkraft weniger als 15 % der maximalen Leistung der Antriebseinheit (21), vorzugsweise weniger als 10 % der maximalen Leistung der Antriebs einheit (21) und stärker bevorzugt weniger als 8 % der maximalen Leistung der Antriebseinheit (21) beträgt.
6. Antriebssystem (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (22) ferner dazu ausgestaltet ist, die Antriebseinheit (21) so zu steuern, dass das Schwingelement eine vorbestimmte Schwingbewegung ausführt.
7. Antriebssystem (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebssystem (2) zumindest ein rücksteilfähiges Element (3) umfasst, das das Antriebssystem (2) mit dem Schwingelement verbindet.
8. Antriebssystem (2) gemäß Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (22) dazu ausgestaltet ist, Eigenschaften des rücksteilfähigen Elements (3) zu erfassen und basierend darauf die Antriebseinheit (21) zu steuern.
9. Antriebssystem (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebssystem (2) eine Rekuperationsvorrichtung (18) umfasst, die dazu ausgestaltet ist, Energie aus der Schwingbewegung des Schwingelements zurückzugewinnen.
10. Antriebssystem (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zugelement (4) so an dem Antriebssystem (2) vorgesehen ist, dass es sich von einem zentralen Punkt der Antriebseinheit (21) weg erstreckt.
11. Antriebssystem (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebssystem (2) ferner eine elektronische Abschaltvorrichtung umfasst, wobei die Steuereinheit (22) dazu ausgestaltet ist, regelmäßig Betriebssig nale an die Abschaltvorrichtung zu senden, und wobei die Abschaltvorrichtung dazu ausgeschaltet ist, automatisch die Stromversorgung zu der Antriebseinheit (21) zu unterbrechen, wenn sie keine Betriebssignale empfängt.
12. Federwiegensystem (100) umfassend: ein Antriebssystem (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüchen, das orts fest anordenbar ist, und ein Schwingelement zur Aufnahme zumindest einer Person, wobei das Schwingelement an dem Zugelement (2) befestigt oder befestigbar ist.
13. Federwiegensystem (100) gemäß Anspruch 10, ferner umfassend zumindest einen Sensor (14), der dazu ausgestaltet ist, einen Zustand der zumindest ei nen in dem Schwingelement aufgenommenen Person zu erfassen, wobei die Steuereinheit (22) dazu ausgestaltet ist, die Antriebseinheit (21) auf Basis des erfassten Zustands zu steuern und/oder den Zustand der zumindest ei nen Person an eine Ausgabeeinheit auszugeben.
14. Verfahren zur Simulation eines elastischen Spannelements, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Antriebssystems (2), das ein Zugelement (4) mit einem distalen Ende, das dazu ausgestaltet ist, an einem Schwingelement befestigt zu werden, und eine Antriebseinheit (21), die dazu ausgestaltet ist, eine freie Länge des Zugelements (4) zu vergrößern und/oder zu verkleinern, um eine Position des Schwingelements relativ zu dem Antriebssystem (2) zu ändern, umfasst, b) Betreiben der Antriebseinheit (21 ), so dass eine Vorspannung auf das Zu gelement (4) aufgebracht wird, um ein elastisches Spannelements zu simu lieren, c) Bestimmen, dass sich das distale Ende des Zugelements (4) nicht auf die Antriebseinheit (21) zubewegt, und d) Beenden der Simulation des elastischen Spannelements.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte umfasst: e) Betrieben der Antriebseinheit (21), um eine Schwingbewegung des Schwingelements zu initiieren, so dass sich das distale Ende des Zugele ments (4) von der Antriebseinheit (21) wegbewegt, f) Bestimmen, dass sich das distale Ende des Zugelements (4) nicht mehr von der Antriebseinheit (21 ) wegbewegt, und g) Betreiben der Antriebseinheit (21 ), so dass die Vorspannung auf das Zu gelement (4) aufgebracht wird, um ein elastisches Spannelements zu simu lieren.
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