DE102009023688B4

DE102009023688B4 - Schaukel-Antriebsmodul

Info

Publication number: DE102009023688B4
Application number: DE200910023688
Authority: DE
Inventors: Helmut Post
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-06-03
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2029-06-04
Also published as: DE102009023688A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaukel-Antriebsmodul zum Antreiben einer Schaukelbewegung eines Schaukelkörpers (2), mit einem Träger (10), einer an dem Träger (10) drehbeweglich gelagerten Schwingachse (11) und einem von dem Träger (10) gehaltenen und mit der Schwingachse (11) gekoppelten Antriebsmotor (17) zum Antreiben der Schwingachse, wobei an der Schwingachse zumindest ein starrer Schwingarm (13) vorgesehen ist, an welchem der Schaukelkörper (2) beabstandet zur Schwingachse frei schwingend aufgehängt ist. Erfindungsgemäß ist ein Winkelsensor (31) vorgesehen, um eine Winkelstellung eines Aufhängemittels (29) zu erfassen, sowie eine zentrale Steuerungseinrichtung (30), um den Antriebsmotor auf der Grundlage der erfassten Winkelstellung zu steuern oder zu regeln. In einem ersten Modus bestimmt die Steuerungseinrichtung aus einer Zeitabhängigkeit der erfassten Winkelstellung für eine freie Schwingungsbewegung die Resonanzfrequenz des von dem Schaukelkörper ausgebildeten physikalischen Pendels und in einem zweiten Modus der Steuerungseinrichtung wird der Antriebsmotor mit einer Drehfrequenz bei der so bestimmten Resonanzfrequenz betrieben. Somit kann der Motor stets mit geringer Leistung betrieben werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebsmodul zum Antreiben einer Schaukelbewegung eines Schaukelkörpers, insbesondere einer Schaukel oder Hängematte für Babys, Kinder oder Erwachsene, und betrifft insbesondere ein variabel einsetzbares Schaukel-Antriebsmodul mit kompaktem Aufbau und zugehöriger Kontrollelektronik, die einen vollautomatischen Betrieb eines solchen Schaukelkörpers ermöglicht.
Hintergrund der Erfindung
Der automatische Betrieb einer Baby- oder Kinderschaukel ist insbesondere deshalb sinnvoll, weil Kleinkinder bis zum Alter von etwa 4 Jahren nicht in der Lage sind, selbständig zu schaukeln, und deshalb eine Schaukel stets durch eine Person in Gang gehalten werden muss. Durch einen automatischen Betrieb können die Eltern wirkungsvoll entlastet werden.
Die US-Patentschrift 4,150,820 offenbart eine in einem Traggestell aufgehängte Babywippe mit einem Antriebsmotor, der bei der Eigenfrequenz des von einem Babysitz ausgebildeten physikalischen Pendels betrieben wird. Die Antriebsanordnung kann jedoch nicht angepasst werden und dem Alter des Babys entsprechend modifiziert werden.
Die US-Patentschrift 4,911,429 offenbart eine Antriebsanordnung für eine Schaukel, die an einem horizontalen Schwenkarm aufgehängt ist. Zu beiden Seiten des Schwenkarms ist ein Antriebsmodul mit einem L-förmigen Antriebsarm vorgesehen, der mit einem Schaukelsitz gekoppelt ist, um dessen Schaukelbewegung anzutreiben. Diese Schaukelanordnung ist ebenfalls nicht variabel einsetzbar.
GB 1,070,921 offenbart ein Schaukel-Antriebsmodul, bei dem die Drehantriebskraft eines Antriebsmotors über ein Getriebe auf eine hin- und herschwingende Achse übertragen wird, an der eine Schaukel aufgehängt ist. Weitere Einzelheiten des Betriebs des Antriebsmotors bei der Resonanzfrequenz des von der Schaukel ausgebildeten physikalischen Pendels sind nicht offenbart.
US 4,616,824 offenbart ein Schaukel-Antriebsmodul, bei dem eine regelmäßige Auf- und Abwärtsbewegung eines Druckstempels die Schwingungsbewegung der Schaukel über einen Kipphebel antreibt. Weitere Einzelheiten des Betriebs des Antriebs bei der Resonanzfrequenz des von der Schaukel ausgebildeten physikalischen Pendels sind nicht offenbart.
US 2,564,547 offenbart ein Schaukel-Antriebsmodul, bei dem ein Elektromotor die Schwingungsbewegung der Schaukel über ein Getriebe antreibt. Zwar kann die Drehzahl des Elektromotors variiert werden, doch sind weitere Einzelheiten des Betriebs des Antriebs bei der Resonanzfrequenz des von der Schaukel ausgebildeten physikalischen Pendels nicht offenbart.
US 4,491,317 offenbart ein Schaukel-Antriebsmodul, bei dem eine regelmäßige Auf- und Abwärtsbewegung eines Druckstempels die Schwingungsbewegung der Schaukel antreibt. Weitere Einzelheiten des Betriebs des Antriebs bei der Resonanzfrequenz des von der Schaukel ausgebildeten physikalischen Pendels sind nicht offenbart.
US 6,254,490 B1 offenbart ein weiteres Schaukel-Antriebsmodul, bei dem die Schaukelbewegung über eine oszillierende Exzenterbewegung angetrieben wird. Weitere Einzelheiten des Betriebs des Antriebs bei der Resonanzfrequenz des von der Schaukel ausgebildeten physikalischen Pendels sind nicht offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schaukel-Antriebsmodul zum Antreiben der Schaukelbewegung eines Schaukelkörpers bereitzustellen, das in einfacher Weise in einer energiesparenden Betriebsart betreibbar ist und an unterschiedliche Lastzustände variabel angepasst werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Schaukel-Antriebsmodul mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
Bei einem Schaukel-Antriebsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung ist bzw. sind an der Schwingachse zumindest ein starrer Schwingarm, bevorzugt zwei starre Schwingarme, vorgesehen, woran der Schaukelkörper beabstandet zur Schwingachse des Antriebsmoduls frei schwingend aufgehängt ist. Somit kann der Schaukelkörper im Bedarfsfall auch manuell angetrieben werden oder die Schaukelbewegung im automatischen Betrieb von Hand verändert werden, beispielsweise unterstützt oder vorübergehend gestoppt werden. Einer Umschaltung des Antriebsmoduls bedarf es hierzu grundsätzlich nicht, wenngleich eine Sperre bzw. Bremse zum vorübergehenden Feststellen des Schwingarms durchaus vorgesehen sein kann. Insgesamt lässt sich durch die erfindungsgemäße Anordnung ein sehr kompakter Aufbau realisieren, so dass das erfindungsgemäße Schaukel-Antriebsmodul auch von Hand getragen und rasch ummontiert werden kann, beispielsweise im Bedarfsfall an einen Türrahmen oder draußen im Freien an einer entsprechenden Halterung.
Erfindungsgemäß ist ein Winkelsensor vorgesehen, wobei der Antriebsmotor auf der Grundlage der so erfassten Winkelstellung gesteuert oder geregelt werden kann, um eine Abweichung von der Resonanzfrequenz, bedingt beispielsweise durch eine Änderung der Masse und/oder Masseverteilung des Schaukelkörpers, zu erfassen, die zu einer Veränderung der Winkelstellung führen. Denn im Betrieb exakt bei der Resonanzfrequenz wird sich die Winkelstellung der Aufhängemittel relativ zu dem zugeordneten Schwingarm nicht verändern.
Erfindungsgemäß kann die Eigen- bzw. Resonanzfrequenz oder die Schwingungsperiode des Schaukelkörpers vor Inbetriebnahme einmalig oder ggfs. auch mehrmalig durch freies Schaukeln des Schaukelkörpers mit der bestimmungsgemäßen Masse, d. h. mit vorgegebener Länge und mit Kind bzw. Baby, bestimmt werden. In dem zweiten Modus wird der Antriebsmotor dann mit der so bestimmten Frequenz betrieben und der Antrieb so automatisch in den gewünschten Resonanzbereich überführt. Somit lässt sich ein besonders energie- und reibungsarmer Betrieb dann realisieren, wenn der Antriebsmotor mit oder nahe der Resonanzfrequenz des von dem Schaukelkörper ausgebildeten physikalischen Pendels betrieben wird. Zu diesem Zweck kann der Antriebsmotor eine Antriebskraft mit einer in Frequenz und ggfs. zusätzlich auch Phase veränderlichen Antriebs- bzw. Drehfrequenz betrieben werden.
Da der Schaukelkörper erfindungsgemäß beabstandet zur Schwingachse frei schwingend aufgehängt ist, sind der Antriebsmotor und das von dem Schaukelkörper gebildete physikalische Pendel stets nicht starr miteinander gekoppelt, so dass gemäß Anspruch 2 der Antriebsmotor fest mit der Schwingachse gekoppelt sein kann, ohne dass eine Kupplung oder dergleichen zwischengeschaltet wäre.
Gemäß den Ansprüchen 3 und 4 wird ein Exenterantrieb zum Antreiben der Schaukelbewegung verwendet, wenngleich nach Anspruch 5 auch ein elektrischer Torque-Motor unmittelbar auf die Schwingachse aufgesetzt bzw. aufgesteckt sein kann, um diese anzutreiben.
Ein besonders kompakter Aufbau ist nach Anspruch 6 realisiert. Das Gehäuse kann erfindungsgemäß so klein dimensioniert sein, dass es in einen üblichen Türrahmen eingehängt werden kann. Der sehr kompakte Aufbau lässt sich insbesondere auch deshalb realisieren, weil erfindungsgemäß vergleichsweise geringe Antriebsleistungen und somit Antriebsmotoren mit geringen Abmessungen verwendet werden können.
Gemäß Anspruch 7 kann das Antriebsmodul an zumindest zwei Befestigungsmitteln verrastet bzw. verriegelt werden. Diese Befestigungsmittel können beispielsweise fest vorgegeben sein, beispielsweise an einem Mauerwerk, Gerüstträger oder dergleichen, oder können mittels einer Halterung, die Bestandteil des erfindungsgemäßen Moduls sein kann, an einem geeigneten Ort vorübergehend gehalten werden, beispielsweise an einem Türrahmen, Garagentorrahmen, einer Gebäudedecke oder an einer Hausmauer. Gemäß Anspruch 8 werden bevorzugt sämtliche Befestigungsmittel gleichzeitig verrastet bzw. freigegeben, und zwar durch Verschieben eines in der länglichen Basis längsverschieblich geführten Verriegelungsschiebers in eine Verriegelungs- oder Freigabestellung.
Gemäß Anspruch 9 ist der Verriegelungsschieber bevorzugt elastisch in die Verriegelungsstellung vorgespannt, und zwar mit einer Kraft, so dass im bestimmungsgemäßen Betrieb des Antriebsmoduls eine versehentliche Entriegelung ausgeschlossen ist. Zum Entriegeln gegen die vorgenannte Vorspannkraft ist ein geeigneter Betätigungsmechanismus vorgesehen, der insbesondere als Hebelmechanismus, bevorzugt Kniehebelmechanismus, ausgebildet sein kann.
Ein besonders kompakter Aufbau lässt sich nach Anspruch 10 realisieren, insbesondere für einen gehäuse- oder kastenförmig ausgebildeten Träger, in welchem der Verriegelungsmechanismus gemeinsam mit den Antriebs- und Steuermitteln angeordnet ist. Bevorzugt ist der Verriegelungsmechanismus zwischen einer der Befestigung des kasten- oder gehäuseförmigen Trägers dienenden Basis und der Schwingachse angeordnet und unmittelbar an der Basis angebracht. Zu diesem Zweck sind in der Basis Öffnungen vorgesehen, die mit Rastöffnungen des Verriegelungsmechanismus fluchten bzw. korrespondierend zu diesem ausgebildet sind, so dass die der Befestigung des Trägers dienenden Befestigungsmittel durch die Öffnungen der Basis durchgreifen können, um von dem Verriegelungsmechanismus verrastet zu werden.
Bei einer Ausführungsform nach Anspruch 11 kann die Halterung Bestandteil des Antriebsmoduls sein, insbesondere das vorgenannte kasten- bzw. rechteckförmige Gehäuse lösbar an den Befestigungsmitteln der Halterung verrastet werden.
Die Ausführungsform gemäß den Ansprüchen 12 und 13 kann an einer üblichen Türrahmen eingehängt werden, zu welchem Zweck der Abstand zwischen vorderen und hinteren Haltemitteln, die bevorzugt klammer- bzw. hakenförmig ausgebildet sind, um den oberen Rand eines Türrahmens zu umgreifen bzw. zu umklammern, verändert werden kann, dieser Abstand dann aber auch festgestellt werden kann. Bevorzugt wird zur Abstützung an einem Türrahmen eine Dreipunktlagerung mit drei zueinander in Axialrichtung der Schwingachse beabstandeten Auflagepunkten.
Bei der Ausführungsform nach Anspruch 15 können die vorgenannten Veränderungen der Winkelstellung der Aufhängemittel zu einer weiteren Steuerung oder Regelung des Antriebsmotors verwendet werden.
Figurenübersicht
Nachfolgend wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, woraus sich weitere Merkmale Vorteile und zu lösende Aufgaben ergeben werden und worin:
1 in einer schematischen Darstellung eine Schaukel mit einem Schaukel-Antriebsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 in einer vergrößerten Perspektivansicht ein Schaukel-Antriebsmodul gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 in einer perspektivischen Teilansicht das vordere Ende eines Schwingarms mit zugeordnetem Winkelsensor des Antriebsmoduls gemäß der 2 darstellt;
4 eine in einen Türrahmen eingehängte Halterung zur Verwendung mit dem Antriebsmodul gemäß der 2 darstellt;
5 in einer perspektivischen Darstellung den Verriegelungsmechanismus des Antriebsmoduls gemäß der 2 darstellt;
6a in einem schematischen Blockdiagramm die Ansteuerung eines erfindungsgemäßen Antriebsmoduls darstellt;
6b in einem schematischen Zustandsdiagramm den Betrieb eines erfindungsgemäßen Schaukel-Antriebsmoduls darstellt;
7 eine schematische Resonanzkurve eines von einer Schaukel gebildeten physikalischen Pendels darstellt, das von einem erfindungsgemäßen Antriebsmodul bei oder nahe der Resonanzfrequenz angetrieben werden soll;
8 in einer perspektivischen Darstellung ein Schaukel-Antriebsmodul gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt und
9 in einer perspektivischen Darstellung ein Schaukel-Antriebsmodul gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder im Wesentlichen gleich wirkende Elemente oder Elementgruppen.
Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
Gemäß der 1 ist ein erfindungsgemäßes Schaukel-Antriebsmodul 1 mit einem kastenförmigen Gehäuse, in dem sämtliche zum Schaukelantrieb erforderlichen Antriebs- und Steuermittel angeordnet sind, an einer Halterung 4 befestigt, die mittels hakenförmiger Halteelemente 46 am oberen Rand eines Türrahmens 8 eingehängt ist. Das Schaukel-Antriebsmodul 1 treibt die Schaukelbewegung des von dem Schaukelsitz 2 und den Aufhängegurten 29 ausgebildeten physikalischen Pendels mit oder nahe dessen Eigen- bzw. Resonanzfrequenz mit Hilfe von Schwingarmen 14 an, an denen die Aufhängegurte 29 frei schwingend aufgehängt sind.
Die 2 zeigt das Antriebsmodul 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem geöffneten Zustand. Das Gehäuse weist eine plattenförmige Basis 10 auf, die dem oberen Ende des Türrahmens zugewandt ist und an der Haltewinkel 12 zur drehbeweglichen Lagerung der Antriebs- bzw. Schwingachse 11 und ein Haltewinkel 16 zur Halterung des Antriebsmotors 17 befestigt sind. Ferner ist an der Basis 10 ein Verrastungsmechanismus 50 befestigt, der nachfolgend anhand der 5 beschrieben wird. An den beiden Enden der Schwingachse 11 sind Schwingarme 13 starr mit dieser verbunden, an denen jeweils ein Kopplungsarm bzw. Fortsatz befestigt ist, mit einer Achse 15, an welcher der jeweilige Aufhängegurt 29 zur Aufhängung des darunter befindlichen Schaukelkörpers (vgl. 1) vorgesehen ist. Die Abtriebswelle 18 des Antriebsmotors 17 ist über eine Pleuelstange 19 mit einem Exzenter 20 und der Schwingachse 11 fest gekoppelt, um den Exzenter 20 mit einer vorbestimmten Frequenz hin und her zu bewegen, die der Resonanzfrequenz des von dem Schaukelkörper ausgebildeten physikalischen Pendels entspricht oder ganz besonders bevorzugt gleich dieser Resonanzfrequenz ist.
Wie man in der 2 erkennen kann, sind die Aufhängegurte 29 und der Schaukelkörper frei schwingend an den Schwingarmen 13, 14 aufgehängt. Selbst im laufenden Betrieb des Antriebsmotors 17 kann die Schaukel angestoßen oder vorübergehend festgehalten bzw. abgebremst werden. Eine aufwendige Kupplung oder dergleichen ist somit erfindungsgemäß nicht erforderlich. Aufgrund des Betriebs bei der Resonanzfrequenz kann die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors 17 sehr gering sein. Ein Schaukelbetrieb mit Babys bzw. Kleinkindern kann erfindungsgemäß mit Gleichstrom-Kleinstmotoren mit einer Aufnahmeleistung von nur wenigen Watt erreicht werden. Dies ermöglicht einen äußerst kompakten Aufbau des erfindungsgemäßen Antriebsmoduls.
Zwischen der Schwingachse 11 und der Basis 10 ist gemäß der 2 der Verriegelungsmechanismus 5 angeordnet. Dieser ist bevorzugt unmittelbar an der Basis 10 befestigt. Wie der 2 entnommen werden kann, können die Basis 10 und sämtliche Seitenteile des kastenförmigen Gehäuses (vgl. 1) aus Standard-Metallprofilen oder auch Standard-Kunststoffprofilen gefertigt werden.
Die 3 zeigt weitere Einzelheiten eines der Aufhängung der Schaukel dienenden Schwingarms 14. An dessen vorderem Ende ist ein nockenförmiger Haltekörper 210 befestigt, dessen oberer Rand als Aufhängung des Aufhängegurts 29 dient, der auch an diesen befestigt sein kann, jedoch bevorzugt nur auf diesem aufliegt. Der Haltekörper 210 weist einen geradlinigen Randabschnitt 211 auf, an dem der Aufhängegurt 29 abschnittsweise geführt ist, so dass auf diesen Antriebskräfte übertragen werden können, sowie einen abgerundeten bzw. gekrümmten Randabschnitt 212. Der Haltekörper 210 kann mit einem Winkelsensor 31 gekoppelt sein, zur Ermittlung der Winkelstellung des Haltekörpers 210 bzw. Aufhängegurts 29 relativ zu dem Schwingarm 14, wie nachfolgend ausführlicher dargelegt.
Bei einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform treibt das erfindungsgemäße Antriebsmodul eine Baby- oder Kinderschaukel, die an den oberen Rand eines Türrahmens eingehängt werden kann. Zu diesem Zweck weist das erfindungsgemäße Antriebsmodul gemäß der 4 eine Halterung 4 auf, die eine Basis 40 mit zwei Trägern 41 aufweist, an deren vorderem Ende zwei pilzförmige Verrastungsköpfe 42 vorgesehen sind. Diese werden auf diese Weise innerhalb des Türrahmens 8 und beabstandet und mittig zu diesem gehalten. Vom vorderen Ende der Basis 40 ragen zwei vordere Halteklammern 46 ab, an deren oberen Ende jeweils ein Haken 48 zum Einhängen in den oberen Rand 9 des Türrahmens 8 vorgesehen ist. Nach hinten hin ragt mittig von der Basis 40 ein Träger 43 mit einer Verstellschiene 44 ab. Auf der Verstellschiene 44 ist ein Einstellschuh 45 gleitbeweglich längsgeführt, der mit dem dargestellten Betätigungshebel freigegeben und wieder geklemmt werden kann. Dadurch kann der Abstand zwischen dem hinteren Haltewinkel 47 und den beiden vorderen, als Haltewinkel ausgebildeten Haltelementen 46 verändert werden, wie durch den Doppelpfeil angedeutet. Der hintere Haltewinkel 47 geht in einen Haken über, vergleichbar zu dem Haken 48, zum Einhängen in den oberen Rand des Türrahmens 8. Gemäß der 4 ist der hintere Haltewinkel 47 mittig zwischen den beiden vorderen Haltewinkeln 46 angeordnet, so dass insgesamt eine symmetrische Dreipunktlagerung des Antriebsmoduls an dem oberen Ende des Türrahmens 8 ausgebildet ist. Durch einfaches Freigeben des Einstellschuhs 45, Öffnen der Halterung, Einhängen der vorderen Haltewinkel 46 in den oberen Rand 9 des Türrahmens 8, durch Einhängen der hinteren Haltewinkel 47 in den oberen Rand des Türrahmens 8 und Verriegeln des Einstellschuhs 45 kann die Halterung 4 in einen Türrahmen mit beliebigen Abmessungen in einfacher Weise eingehängt und von diesem wieder abgenommen werden. Die pilzförmigen Verrastungsköpfe 42 werden so unter einem vorbestimmten Abstand zueinander an dem Türrahmen 8 gehalten.
Entsprechende Halterungen, bei denen entsprechende Verrastungsköpfe unter dem gleichen Abstand an einem anderen Objekt gehalten bzw. vorgesehen sind, beispielsweise an einem Schaukelgerüst, dem Rahmen eines Garagentors oder an einer Hauswand, können optional ebenfalls vorgesehen sein, um das erfindungsgemäße Antriebsmodul an einem anderen Ort zuverlässig zu befestigen.
Zur einfachen und raschen Befestigung dient der in der 5 dargestellte Verriegelungsmechanismus 5, der gemäß der 2 innerhalb des kastenförmigen Gehäuses des erfindungsgemäßen Antriebsmoduls angeordnet ist. Gemäß der 5 weist der Verriegelungsmechanismus 5 eine längliche und als Hohlprofil ausgebildete Basis 50 auf, in welcher ein Schieber 51 längsverschieblich geführt ist. Zur Begrenzung der vorderen und hinteren Endstellung des Schiebers 51 sind in diesem zwei Langlöcher 56 ausgebildet, deren Endbereiche in den beiden Endstellungen an Anschlagzapfen 57anliegen, die an der Basis 50 oder einem zugeordneten Träger befestigt sind. In dem Schieber 51 sind zumindest zwei Verriegelungsnuten 52 ausgebildet, die zur Aufnahme der pilzförmigen Verrastungsköpfe 42 der Halterung (vgl. 4) dienen und korrespondierend zu diesen ausgebildet sind. In einer Verriegelungsstellung des Schiebers 51 greift eine am jeweiligen Ende der Verriegelungsnut 52 ausgebildete Klaue oder dergleichen in den pilzförmigen Verrastungskopf 42 ein, um diesen zuverlässig zu verrasten. Damit die Verriegelungsstellung des Schiebers 51 nicht versehentlich freigegeben wird, ist der Schieber 51 mittels einer Feder 55 in die Verriegelungsstellung vorgespannt, wobei die Federkraft der Feder 55 so bemessen ist, dass Kräfte, die im bestimmungsgemäßen Betrieb der Schaukel auftreten, den Schieber 51 nicht aus der Verriegelungsstellung zurückschieben können. Zur Betätigung des Schiebers 51 dient ein geeigneter Betätigungsmechanismus, der bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 5 als zweiteiliger Kniehebelmechanismus mit einem ersten Hebel 53 und einem zweiten Hebel 54 ausgebildet ist. Das vordere Ende des zweiten Hebels 54 durchgreift dabei einen in einem Seitendeckel des kastenförmigen Gehäuses des Antriebsmoduls ausgebildeten Schlitz, und steht so seitlich aus dem Gehäuse des Antriebsmoduls vor, um von außen bedient werden zu können. In der vorgespannten Verriegelungsstellung des Betätigungsmechanismus sind somit die pilzförmigen Verrastungszapfen verriegelt und nur durch aktives Betätigen des zur Betätigung dienenden Hebels 54 kann der Verriegelungsmechanismus 5 wieder freigegeben werden. In dem Gehäuse des Antriebsmoduls sind Öffnungen korrespondierend zu Öffnungen in der Basis des Betätigungsmechanismus ausgebildet, sodass die pilzförmigen Verrastungsköpfe das Gehäuse des Antriebsmoduls durchgreifen und in die Verriegelungsnuten eingreifen können.
Das Betriebsverhalten des Antriebsmoduls wird von dem bekannten Schwingungsverhalten eines physikalischen Pendels geprägt, das beispielhaft anhand der 7 erläutert sei. Die Schwingungsfrequenz eines Pendels hängt bekanntermaßen von der Länge des Pendels ab, bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel also von dem Abstand des Masseschwerpunkts des anzutreibenden Schaukelkörpers zu dem Aufhängepunkt, also beispielsweise der Achse 15 am vorderen Ende des Schwingarms 14 (vgl. 2). Je nach Massenverteilung des Babys bzw. Kindes, das sich in der Schaukel befindet, wird diese Resonanzfrequenz somit variieren. In die Breite des Resonanzpeaks gemäß der 7 gehen Reibungs- und Dämpfungseffekte ein.
Bei einem erfindungsgemäßen Antriebsmodul kann die Länge der Aufhängegurte bzw. Aufhängemittel verändert werden, so dass die Resonanzfrequenz des von dem Schaukelkörper gebildeten physikalischen Pendels keine Konstante ist sondern variieren kann. Diese Resonanzfrequenz kann bei einem erfindungsgemäßen Antriebsmodul vor Inbetriebnahme des Antriebsmotors einmalig bestimmt werden. Zu diesem Zweck ist gemäß der 6a nahe der Achse 15 ein Winkelsensor 31 vorgesehen, der die Winkelstellung des der Aufhängung des Schaukelsitzes 2 dienenden Aufhängegurts 29 relativ zu dem mit der Schwingachse bzw. Antriebswelle 11 gekoppelten Schwingarm 14 misst. In diesem Zusammenhang erweist es sich nun als vorteilhaft, dass erfindungsgemäß die Schaukel 2 frei an dem Schwingarm 14 aufgehängt ist. Die Schaukel 2 kann also manuell ausgelenkt werden, um frei zu schwingen, und aus einer solchen Schwingung, beispielsweise vor Inbetriebnahme des Antriebsmoduls, kann mit Hilfe des Winkelsensors 31 die Schwingungsperiode einer Schwingung ermittelt werden, optional auch gemittelt über mehrere Schwingungen. Hierzu braucht keine Kupplung oder Bremseinrichtung betätigt werden. Das Signal des Winkelsensors 31 wird in eine zentrale Steuer- und Regelungseinrichtung 30 eingegeben, die den Antriebsmotor 6 mit der oder nahe der so ermittelten Schwingungsfrequenz antreibt. Somit kann die Schaukel erfindungsgemäß mit der individuellen Eigenfrequenz des von dem Schaukelkörper gebildeten physikalischen Pendels angetrieben werden. Wie vorstehend anhand der 3 beschrieben, kann die Winkelstellung der Aufhängegurte 29 auch im laufenden Betrieb relativ zu dem Schwingarm 14 gemessen werden. Im eingeschwungenen Zustand und im Betrieb bei der Resonanzfrequenz werden die Aufhängegurte 29 synchron zu den Schwingarmen 14 schwingen, sich deren Winkelstellung relativ zu den Schwingarmen nicht verändern. Durch Veränderung der Masseverteilung oder externer Einflüsse kann es jedoch zu einer Änderung der Resonanzfrequenz oder der Schwingungsphase kommen, was durch entsprechende Nachregelung der Drehfrequenz und/oder -phase des Antriebsmotors mittels der Steuer- und Regelungseinrichtung 30 (vgl. 6a) kompensiert werden kann.
Bei der eingesetzten Elektronik handelt es sich bevorzugt um ein mikrocontroller-basiertes System mit einem PWM-Modul (pulse width modulation control) für die Drehzahlregelung des elektrischen Antriebsmotors.
Der Betrieb wird nachfolgend anhand der 6b beschrieben. In dem Schritt S2 werden sämtliche Systemparameter zurückgesetzt, bevorzugt auf einen vorgebbaren Standardwert. In dem Schritt S3 wird auf einen manuellen Schwingungsvorgang der Schaukel gewartet. Hierzu wird die Winkelstellung der Aufhängegurte überwacht. Im Falle einer manuellen Schwingung, die eine vorgebbare Schwingungsamplitude überschreitet, wird aus einer Schwingung, optional auch gemittelt über mehrere Schwingungen, die Schwingungsperiode und so die Resonanzfrequenz des von der Schaukel gebildeten physikalischen Pendels bestimmt (Schritt S4). In dem Schritt S5 berechnet die zentrale Steuerungseinrichtung eine Motorbetriebsspannung für den Antriebsmotor. Im Betrieb wird die Winkelstellung der Aufhängegurte in dem Schritt S7 permanent überwacht. Durch die Schritte S5 bis S11 wird eine Rückkopplungsschleife durchlaufen, in welcher die Erregerfrequenz stets optimal auf die Eigenfrequenz des Pendels abgestimmt wird.
Für die Drehzahlregelung des Antriebsmotors ist ein PWM-Modul vorgesehen. Für die Bedienung des Schaukelantriebs sind lediglich drei Tastschalter sowie eine LED oder dergleichen vorgesehen, nämlich:

1. ein Reset-Schalter für die erstmalige oder wiederholte Grundeinstellung der Schaukelfrequenz;
2. eine Plus-Taste für die manuelle Vergrößerung bzw. die stufenlose Einstellung des Schaukelwinkels;
3. eine Minus-Taste für die manuelle Verkleinerung bzw. die stufenlose Reduzierung des Schaukelwinkels;
4. eine LED oder dergleichen, die den Status des Bedienzustands angibt.

Der Schaukel-Elektronik werden die Signale des Winkelsensors eingegeben. Dieser liefert gleichermaßen die aktuelle Schwingzeit der Schaukel sowie permanent einen Status über den aktuell erreichten Schwingwinkel. Die erforderliche Motorspannung steht in direkter Abhängigkeit von der jeweils eingestellten bzw. genutzten Pendellänge des Pendels. Mit zunehmender Pendellänge muss die Motorspannung entsprechend eines Kennfeldes reduziert werden, um die jeweils gültige natürliche Schaukelfrequenz zu erreichen.
Die Elektronik folgt dabei dem Zustandsdiagramm gemäß der 6b. Ein Reset der Schaukel ist nur erforderlich, wenn sich die Pendellänge oder die Masseverteilung der Schaukel wesentlich geändert hat. Einmal auf die Pendellänge abgestimmt, muss fortan einfach nur die Stromversorgung ein- und wieder ausgeschaltet werden.
Gemäß der 8 wird statt des Gleichstrom-Kleinmotors ein elektrischer Linearantrieb 23 verwendet, der über eine starre Stange 24 den Exzenter 20 antreibt. Gemäß der 9 ist ein elektrischer Torque-Motor 25 unmittelbar auf die Schwingachse 11 aufgesetzt bzw. aufgesteckt und über eine Drehmomentstütze 26 an einem Träger 27 abgestützt, der mit der Basis 10 gekoppelt ist. Selbstverständlich können auch andere Antriebe eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Antriebsmodul kann für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden. Das Antriebskonzept ist gleichermaßen geeignet, um eine Baby- oder Kinderschaukel oder auch eine Erwachsenenschaukel anzutreiben. Die wesentlichen Anwendungsgebiete sind somit beispielhaft: Baby- und Kinderschaukel, Erwachsenenschaukel, Baby- und Kinder-Hängematte, Erwachsenen-Hängematte; Antrieb-Rahmenschaukel; Antrieb von Großschaukeln, z. B. in Freizeitparks, Hollywoodschaukel (auch für mehrere Personen); Antrieb für Ausstellungsanwendungen; universelle Schaukel-Apparate; andere industrielle Schaukelanwendungen.
Erfindungsgemäß kann dasselbe Antriebsmodul für die unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt werden, wahlweise Indoor und Outdoor. Durch die einfach zu bedienende Schnellmontagevorrichtung kann das Antriebsmodul an beliebigem Ort genutzt werden. Statt der offenbarten Aufhängegurte können auch beliebige andere Verbindungsmittel verwendet werden, beispielsweise Seile, Ketten oder Stangen, wobei stets die Pendellänge auch verstellbar sein kann. Aufgrund der geringen Leistungsaufnahme des elektrischen Antriebsmotors kann dieser auch batterie- oder akkubetrieben oder mit Hilfe eines Solarmoduls gespeist werden.

Claims

Schaukel-Antriebsmodul zum Antreiben einer Schaukelbewegung eines Schaukelkörpers (2), mit einem Träger (10), einer an dem Träger (10) drehbeweglich gelagerten Schwingachse (11) und einem von dem Träger (10) gehaltenen und mit der Schwingachse (11) gekoppelten Antriebsmotor (17) zum Antreiben der Schwingachse, wobei an der Schwingachse zumindest ein starrer Schwingarm (13) vorgesehen ist, an welchem der Schaukelkörper (2) beabstandet zur Schwingachse an Aufhängemitteln (29) frei schwingend aufgehängt ist gekennzeichnet durch einen Winkelsensor (31), um eine Winkelstellung eines Aufhängemittels (29) zu erfassen, sowie eine zentrale Steuerungseinrichtung (30), um den Antriebsmotor auf der Grundlage der erfassten Winkelstellung zu steuern oder zu regeln, wobei die Steuerungseinrichtung (30) in einem ersten Modus, in welchem aus einer Zeitabhängigkeit der erfassten Winkelstellung für eine freie Schwingungsbewegung des Schaukelkörpers (2) die Resonanzfrequenz oder Schwingungsperiode des von dem Schaukelkörpers ausgebildeten physikalischen Pendels bestimmt wird, und in einem zweiten Modus betreibbar ist, in welchem der Antriebsmotor mit einer Drehfrequenz bei der oder nahe der so bestimmten Resonanzfrequenz oder Schwingungsperiode betrieben wird.
Schaukel-Antriebsmodul nach Anspruch 1, wobei der Antriebsmotor (17) fest mit der Schwingachse gekoppelt ist.
Schaukel-Antriebsmodul nach Anspruch 2, wobei an der Schwingachse (11) ein starrer Exzenterkörper (20) vorgesehen ist, der periodisch mittels einer Stange (19, 24) von dem Antriebsmotor hin und her bewegt wird.
Schaukel-Antriebsmodul nach Anspruch 3, wobei der Antriebsmotor (17) ein elektrischer Gleichstrom-Kleinmotor oder ein elektrischer Linearantrieb (23) ist.
Schaukel-Antriebsmodul nach Anspruch 3, wobei der Antriebsmotor ein starr auf die Schwingachse (11) aufgesetzter oder aufgesteckter elektrischer Torque-Motor (25) ist.
Schaukel-Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (10) als rechteck- oder kastenförmiges Gehäuse ausgebildet ist, in welchem sämtliche für den Betrieb erforderlichen Antriebs- und Steuerungseinrichtungen vorgesehen sind.
Schaukel-Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Verriegelungsmechanismus (5) zum lösbaren Verrasten des Schaukel-Antriebsmoduls (1) an zumindest zwei Befestigungsmitteln (42).
Schaukel-Antriebsmodul nach Anspruch 7, wobei der Verriegelungsmechanismus eine längliche Basis (50) und einen in dieser längsverschieblich geführten Verriegelungsschieber (51) zum Verrasten der Befestigungsmittel (42) aufweist.
Schaukel-Antriebsmodul nach Anspruch 8, wobei der Verriegelungsschieber (51) in eine Verriegelungsstellung elastisch vorgespannt ist, in welcher die Befestigungsmittel verrastet sind, und wobei ein Betätigungsmechanismus vorgesehen ist, um den Verriegelungsschieber gegen die elastische Vorspannkraft in eine zweite Stellung zu verschieben, in welcher die Befestigungsmittel freigegeben sind.
Schaukel-Antriebsmodul nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Verriegelungsmechanismus (5) zwischen einer Basis des Trägers (10) und der Schwingachse (11) unmittelbar an der Basis angebracht ist und wobei in dem Verriegelungsmechanismus (5) vorgesehene Rastöffnungen (52) mit Öffnungen in der Basis (10) fluchten, um einen Durchgriff der Befestigungsmittel (42) durch die Öffnungen der Basis zu ermöglichen.
Schaukel-Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Halterung (4) zur lösbaren Halterung des Schaukel-Antriebsmoduls (1), wobei die Befestigungsmittel (42) an der Halterung vorgesehen sind.
Schaukel-Antriebsmodul nach Anspruch 11, wobei die Halterung (4) eine Basis (40), ein vorderes Haltemittel (46) und ein hinteres Haltemittel (47) umfasst, wobei der Abstand zwischen dem vorderen und hinteren Haltemittel einstellbar ist.
Schaukel-Antriebsmodul nach Anspruch 12, wobei das vordere Haltemittel (46) zwei zueinander beabstandete Halteklammern und das hintere Haltemittel (47) eine zwischen diesen angeordnete Halteklammer umfasst, so dass die Halterung am oberen Ende eines Türrahmens (8) einhängbar ist.
Schaukel-Antriebsmodul nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Befestigungsmittel (42) als pilzförmige Rastköpfe ausgebildet sind.
Schaukel-Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinrichtung ferner ausgelegt ist, um die Drehfrequenz und/oder Drehamplitude des Antriebsmotors (17) zu verändern, wenn mit Hilfe des Winkelsensors (31) ermittelt wird, dass die Winkelstellung um mehr als einen vorbestimmten Schwellenwert von einer vorbestimmten zeitabhängigen Winkelstellung abweicht.