DE102021110005B4

DE102021110005B4 - Antriebssystem, Federwiegensystem und Verfahren zur Simulation eines elastischen Spannelements

Info

Publication number: DE102021110005B4
Application number: DE102021110005.4A
Authority: DE
Inventors: René Keller
Original assignee: Explicatis GmbH
Current assignee: Explicatis De GmbH
Priority date: 2021-04-20
Filing date: 2021-04-20
Publication date: 2025-06-26
Anticipated expiration: 2041-04-21
Also published as: DE102021110005A1; US20240206643A1; CN117320593A; EP4326117A1; AU2022260463A1; CA3215921A1; WO2022223602A1

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),
wobei die Steuereinheit (22) dazu ausgebildet ist, die Antriebseinheit (21) so anzutreiben, dass ein mechanisches Spannelement simuliert wird, und
wobei das Antriebssystem (2) zumindest ein rückstellfähiges Element (3) umfasst, das das Antriebssystem (2) mit dem Schwingelement verbindet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für eine Federwiege, ein Federwiegensystem und ein Verfahren zur Simulation eines elastischen Spannelements.
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 verbunden, die an einem Gestell oder einer anderen Halterung wie Türrahmen, etc. freischwingend 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 ausübt und so die Trage in eine auf- und abwärts gerichtete Schwingbewegung versetzt.
Das Antriebssystem ist bei bekannten Federwiegen über den Zugkörper mit der Federaufhängung verbunden, wobei der Zugkörper dauerhaft auf Spannung gehalten ist. Dies ist notwendig, damit das Antriebssystem Informationen über die Ein- und Ausfederbewegung erhält, um beispielsweise in der aufsteigenden Federbewegung 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 bewirken, dass der Zugkörper dauerhaft auf Spannung ist. Dieses Spannelement ist meist als Spiralfeder auf der Antriebswelle des Motors realisiert. Durch das Spannelement wird gewährleistet, dass der Zugkörper trotz variabler Distanzen, die sich aus Gewicht des Kindes bzw. der Trage, den eingebauten Federn, der Amplitudenintensität je nach Antriebsenergie etc. ergeben, kontinuierlich, unabhängig von der Auslenkung der Feder, mit dem Antriebssystem verbunden ist. Dadurch ist sichergestellt, dass ein Sensor, wie ein Stellmotor oder Dynamo, Informationen über die Schwingungsgeschwindigkeit und -richtung aufnehmen kann und so die Energie 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 3 197 323 B1 betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Wippbewegung an Auflagen für Babys, umfassend ein an einem Sockel angeordnetes Gestell mit einem Tragarm sowie ein Zugmittel, welches zur Aufhängung der Auflage ausgelegt ist.
DE 10 2018 006 463 A1 betrifft eine Federwiege, die an einem elastischen Element aufgehängt ist und durch eine exzentrisch rotierende Masse in Schwingung versetzt wird.
DE 11 2018 007 533 T5 zeigt eine Energieausgleichsvorrichtung mit einem Zugseil, welches mit einer Seilwickeltrommel und einem Wiegemontagerahmen verbunden ist. Ferner weist die Energieausgleichsvorrichtung einen Ausgleichstreiber auf, der die Seilwickeltrommel so steuern kann, dass das Zugseil auf die Seilwickeltrommel aufwickelt.
GB 22 40 068 A zeigt eine Vorrichtung und einen Mechanismus zum Bewirken einer Hin-und-Her-Bewegung für eine Wiege oder dergleichen. Die Vorrichtung umfasst eine vertikale Wippenwiege, die mit einem Zugelement mit einer zylindrischen Trommel verbunden ist. Das Zugelement kann auf die zylindrische Trommel aufgewickelt werden, sodass die vertikale Wippenwiege nach oben und nach unten bewegt wird. Dadurch kann eine Schwingbewegung auf eine Wiege ausgeübt werden. DE 19848962 A2 zeigt eine Schaukelvorrichtung, bei der an der Schaukelvorrichtung mittels einem oder mehreren Antrieben die Schaukelschwingung aufgebracht wird.
Das obige Problem wird jedoch im Stand der Technik weder thematisiert noch gelöst. Daher macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein Antriebssystem für eine Federwiege, ein Federwiegensystem und ein Verfahren zur Simulation eines elastischen Spannelement bereitzustellen, das das obige Problem löst.
Die Aufgabe wird durch ein Antriebssystem für eine Federwiege mit den Merkmalen 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 Erzeugung einer Schwingbewegung bereitgestellt, umfassend:

ein Zugelement mit einem distalen Ende, das dazu ausgestaltet ist, an einem Schwingelement befestigt zu werden,
eine Antriebseinheit, die dazu ausgestaltet ist, eine freie Länge des Zugelements 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 steuern, 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-gesteuerte Ansteuerung der Antriebseinheit algorithmisch imitiert werden.
Das Antriebssystem umfasst eine Antriebseinheit, wie beispielsweise ein Elektromotor mit rotierender Welle. Über diese Welle kann durch Rotation das Zugelement, 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, 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 zwischen Antriebsystem und Schwingelement entspricht) variiert werden. Durch die Variation der freien Länge des Zugelements kann eine Schwingung des Schwingelement initiiert werden. Eine von dem Schwingelement ausgeführte Schwingbewegung kann eine Bewegung sein, deren Ablauf sich in gleicher oder sehr ähnlicher Form periodisch oder gemäß vordefinierter Bewegungsmuster, insbesondere komplexer Bewegungsmuster, wiederholt.
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 Zugelement 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 verbunden 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 Antriebseinheit angelegten Strom messen und somit Informationen über den Betrieb der Antriebseinheit liefern können. Ferner kann die von der Antriebseinheit ausgegebene Rotationsenergie gemessen werden. Somit kann die Steuereinheit durch Versorgen der Antriebseinheit mit einem vorbestimmten Strom und Bestimmen einer 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 zur Aufnahme zumindest 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 Drehmoment an die Welle anlegt, so dass die Rolle so gedreht wird, bis das Zugelement unter Spannung mit dem Schwingelement verbunden ist). Dabei kann die Minimalkraft geringer sein als die Gewichtskraft des Schwingelements, ohne die darin aufgenommene Person. Sobald keine Bewegung des Zugelements mehr registriert wird, ist das Zugelement „auf Spannung“ und stellt eine unmittelbare Verbindung des Schwingelements mit der Antriebseinheit her. Das weitere Anlegen einer Vorspannung ist sodann nicht mehr notwendig, weshalb die Antriebseinheit abgeschaltet 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 Federwiegen 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 (Zugkraft) zur Aufrechterhaltung der Spannung des Zugelements, wenn dies notwendig ist. Daher kann das Antriebssystem der vorliegenden Erfindung effizienter betrieben 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 sichergestellt 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 Antriebssystem 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 und den Energieverbrauch negativ beeinflussen würde.
Die Steuereinheit kann einen Einplatinencomputer umfassen, der mit einem standardisierten Betriebssystem, wie Linux versehen ist, so dass beliebige Standardkomponenten angeschlossen werden können. So kann die Steuereinheit beispielsweise 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 versehen werden, um beispielsweise individuelle Schwingungsmuster auszuführen.
Das Antriebssystem kann über eine einspurige Seilrolle verfügen, mit der das Zugelement 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 Überspringen des Zugelements (beispielsweise eines Seils) auf der Rolle ausgeschlossen 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 Rotationsgeschwindigkeit unabhängig von der Länge des Zugelements nahezu konstant bleibt. Folglich kann eine konstante Kraft von der Antriebseinheit auf das Zugelement übertragen werden und anders herum. Demnach kann ein besonders gleichmäßiger Betrieb des Antriebssystems sichergestellt werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Antriebssystem über einen leistungsstarken Motor als die Antriebseinheit in Verbindung mit einer geführten Spur für das Zugelement, einer Führung für das Zugelement und einer mechanischen Sperre sowie einer Rekuperationsvorrichtung verfügen. Somit kann ein Federwiegensystem auch ohne elastisches Schwingelement realisiert werden. Somit kann die ästhetische Erscheinung des Federwiegensystems verbessert werden und dennoch dieselben Funktionalitäten wie mit elastischem Schwingelement bereitgestellt 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 Abstand zwischen Antriebssystem und Schwingelement konstant gehalten werden unabhängig von der Last, die auf das Schwingsystem lastet. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn gerade eine Kind oder Baby in das Schwingsystem eingeladen oder herausgenommen wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Antriebssystem nutzlasttragend ausgestaltet sein, indem das Antriebssystem an eine ortsfeste Halterung gehangen wird und wiederum eine Schwingelement (z.B. eine Nutzlastvorrichtung) über zumindest das Zugelement gehängt wird. Vorzugsweise ist zusätzlich zu dem Zugelement ein rückstellfähiges Elemente (z.B. ein elastisches Element) zwischen dem Schwingelement und dem Antriebssystem vorgesehen. Alternativ 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 Schwerkraftrichtung) des Schwingelements angeordnet, so dass die Vorspannkraft auf das Zugelement 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 aufgebracht 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 Verwendung einer mikrocontroller-basierten, intelligenten Steuerung kann eine energieoptimale 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 die minimale 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 Komponenten schnell verschleißen können. Ferner ist die Nachhaltigkeit negativ beeinfluss, da die Produktion von diesen Komponenten Energie kostet und insbesondere Dynamos die Schwingbewegung dämpfen und somit mehr Zugkraft bedingen. Zudem werden durch mechanische Komponenten Geräusche erzeugt, insbesondere surrende Betriebsgeräusche von Stellmotoren.
Um die Auslenkung der Schwingbewegung zu messen, kann ein nicht-mechanischer Sensor verwendet werden, der die Verlagerung des distalen Endes des Zugelements (d.h. eine Bewegung des Zugelements) messen kann. Hierbei kann es sich in der um einen optischen Bewegungssensor handeln, welcher wahlweise eine Rotation einer Welle der Antriebseinheit und/oder eine Geschwindigkeit des Zugelements messen kann. Nichtsdestotrotz können auch andere Sensoren für die Messung verwendet werden, wie beispielsweise Ultraschallsensoren oder elektromagnetische Sensoren (z.B. Hallsensor). Die Sensoren können die Bewegung des Zugelements direkt an dem Zugelement selbst, an der Welle der Antriebseinheit, an der Rolle oder an einem Zusätzlichen Bauteil, wie beispielsweise einem Polrad, das sich zusammen mit der Welle dreht, gemessen werden.
Somit kann die Antriebseinheit ein Aktor sein, der durch die Steuereinheit basierend auf einer Steuerungslogik gesteuert wird. Dazu kann die Steuereinheit von dem zumindest einen Sensor Sensordaten (d.h. Messwerte) Empfangen und weiterverarbeiten. Als Resultat der Weiterverarbeitung kann die Steuereinheit Steuerungsbefehle 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 Antriebssystems 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 Problem ist jedoch, dass eine zu starke Zugkraft bei geringem Gewicht des Schwingelements 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 Bewegung 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 Verwendung als Antrieb einer Federwiege für Kinder beträgt die Leistung der Antriebseinheit vorzugsweise zwischen 3 W und 5 W. As 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 gemessen 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 aufwendet, um möglichst sanft die gewünschte Schwingamplitude zu erreichen. In einem Speicher der Steuereinheit kann dazu als Konfigurationsparameter die gewünschte minimale Anzahl an Schwingamplituden bis zur Erreichung der gewünschten Schwingintensität hinterlegt sein. Somit kann die Steuereinheit die Antriebseinheit so steuern, dass die gewünschte Schwingungsamplitude sehr sanft erreicht wird oder so, dass die gewünschte Schwingungsamplitude rasch erreicht wird. Somit ist die Antriebseinheit auf jegliche Anforderungen anpassbar und individuell durch die Steuereinheit steuerbar.
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 Intelligenz oder ein regelbasiertes System bestimmt werden, die wahlweise dem Benutzer angezeigt werden und/oder zu einer angepassten Steuerung durch die Steuereinheit 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 sogenannten „Cool-Down“-Funktionalität verfügen, die die Schwingbewegung bei einem 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 gesteuert werden, bei der die Antriebseinheit so angesteuert wird, dass die Distanz zwischen Schwingelement und Antriebssystem möglichst konstant bleibt, um das Ein- und Ausladen einer Person in das Schwingelement zu vereinfachen. Hierbei kann eine Bewegung des Zugelements 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 Internet angeschlossenen Steuerungselemente, wie Sprachassistenz, App etc., ausgelöst werden kann. Diese Notstopp-Funktion verwendet die maximal zur Verfügung stehende Kraft der Antriebseinheit, um die Schwingbewegung möglichst schnell zu stoppen. Somit kann in einer Notsituation ein Betrieb der Antriebseinheit möglichst schnell beendet werden.
Vorzugsweise kann das Antriebssystem einen Kraftsensor 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 Zugelement wirkende Kraft für ein Hängenbleiben oder einen ungewollten externen Eingriff in die Schwingbewegung des Schwingelements sprechen. Ferner kann bei einer plötzliche 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.
Vorzugsweise 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 Steuereinheit 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 Hinweis an eine Schnittstelle 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 Information über die in dem Zugelement wirkende Kraft dazu genutzt werden zu prüfen, ob das Zugelement gespannt ist oder durchhängt. Sobald die Steuereinheit erkennt, dass die Vorspannung in dem Zugelement anliegt, kann sie davon ausgehen, 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 Zugelements resultierende Kraft. Sobald die Vorspannkraft größer ist, kann das Zugelement gespannt werden. Dabei muss eine aus dem Eigengewicht des Schwingelements 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 Antriebseinheit kann sich aus dem geplanten Einsatzzweck der Antriebseinheit ergeben. Sollen damit relativ schwere Gegenstände und/oder Personen in Schwingung gebracht 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 durchhängen des Zugelement vermieden sein kann. Dies ist auch der Fall, bei dem das Zugelement zumindest teilweise in einem Winkel zu der Vertikalen verläuft. 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 Bereich von kleiner 8% bietet bei einer Verwendung der Antriebseinheit bei Federwiegen für Kinder oder Babys besondere Vorteile, da somit ein Betrieb der Federwiege besonders effizient und geräuscharm möglich ist. Zudem reicht diese Vorspannung 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 ausführt.
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 entsprechend steuern, so dass die aufgebrachte Kraft auf die Nutzlast (d.h. auf das Gewicht des Schwingelements und etwaiger darin aufgenommener Personen) abgestimmt ist. Ebenso kann die Steuereinheit einen Betrieb außerhalb eines zulässigen 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 Sinus-Kurve abbilden. Dabei kann die Schwinggeschwindigkeit ungefähr beim Durchqueren des Gleichgewichtspunkts (also des Ruhepunkts des schwingungslosen 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 verbunden bleibt.
Ferner kann die Steuereinheit eine Abweichung von der erwarteten Schwingungsauslenkung messen, um die Steuerung der Antriebseinheit anzupassen oder abzuschalten. Beispielsweise kann die Steuereinheit feststellen, wenn der Schwingungsverlauf von dem Sinuskurven-Verlauf abweicht, etwa falls keine Messwerte am oberen Umkehrpunkt erfasst werden. Ferner kann die Steuereinheit dazu ausgestaltet sein, eine Abweichung der tatsächlichen Schwingbewegung zu vorbestimmten 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 Relation zu einer verwendeten Feder (als Beispiel für ein rückstellfähiges 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 maximalen von der Antriebseinheit ausgeübten Kraft korrigiert werden.
Ein Benutzer kann ferner über eine Schnittstelle die Intensität der Schwingbewegung 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 Schwingbewegung 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 harmonische Schwingung mehr möglich ist, da wahlweise die Bewegung so klein wäre, dass man sie nicht mehr als Schwingung wahrnehmen würde oder die Erfassungsgenauigkeit 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, die Obergrenze eine harmonische Schwingbewegung erreicht.
Die Steuerung der Schwingbewegung kann in einer bevorzugter Ausführungsform über Schiebe- oder Drehregler sowie Wipptaster (+,-) an dem Antriebssystem erfolgen oder durch entsprechende Visualisierungen auf der Oberfläche eines Touchbildschirms oder einer App geregelt werden. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Benutzer die Schwingintensität in einem Intervall der minimale und maximalen Schwingintensität festlegen. Somit kann der Nutzer die vorbestimmte Schwingbewegung einstellen. Stellt der Benutzer den Regler auf einen beliebigen Wert, wird zunächst eine kleine Kraft angelegt und gemessen, welche Auswirkungen die Kraft auf die Schwingung hat. Die Kraft wird so lang in festgelegten Zeitintervallen (beispielsweise in 0,5 s Schritten) erhöht, bis die Steuereinheit eine 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 Schwingungsamplitude den eingestellten Wert erreicht hat. Ergo steigt am Anfang die Kraft an, bis sich das Schwingelement in Bewegung versetzt und je näher die Schwing die eingestellte Intensität erreicht, umso geringer wird die Kraft, bis sie bei Erreichen der eingestellten Schwingungsintensität nur noch zur Aufrechterhaltung der Schwingbewegung beiträgt.
Die Steuereinheit kann die Intensität ferner automatisch regeln. Somit kann anfänglich eine minimale Schwingbewegung bewirkt werden, um einen möglichst geringen Energieverbrauch zu benötigen. Sobald die Steuereinheit Informationen beispielsweise über weitere Sensoren (wie einen Erschütterungssensor oder einem Mikrofons) aufnimmt, kann 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 werden und automatisch der Betrieb der Antriebseinheit angepasst werden. Dabei liegt die in der Praxis beobachtete Annahme zugrunde, dass Kinder bei höherer Schwingamplitude leichter einschlafen.
Die Steuereinheit kann neben einer harmonischen Schwingbewegung beliebige weitere Bewegungsmuster (z.B. Schwingungsmuster), die sich durch Auf- und Abbewegungen abbilden lassen, durch Steuern der Antriebseinheit realisieren. Eine aufwärtsgerichtete Bewegungen ist dadurch limitiert, dass die Last des Schwingelements durch eine maximale Zugkraft der Antriebseinheit nicht weiter gegen die Schwerkraft angezogen werden kann oder ein ggf. vorgesehenes elastisches Element vollständig eingefedert oder vollständig komprimiert ist. Die abwärtsberichtete Bewegungen ist durch die maximale Auslenkung der Feder determiniert, die sich aus dem installierten Sicherheitsseil einer Feder ergibt oder durch die maximale Länge des Zugelements. Die maximale Aufwärtsbeschleunigung ist durch die maximale Zugkraft der Antriebseinheit bestimmt, die maximale Abwärtsbeschleunigung durch die Schwerkraft. Die maximale Dämpfung einer Abwärtsbewegung ist durch die maximale Zugkraft der Antriebseinheit bestimmt. Durch diese Eigenschaft in Verbindung mit einer sehr schnellen Ansteuerbarkeit der Antriebseinheit können eine Vielzahl von verschiedenen Bewegungsmuster ausgeführt werden. Ferner können weitere Ausgabemittel an dem Antriebssystem vorgesehen sein wie beispielsweise Lautsprecher oder Leuchten. Die Ausgabemittel können ebenfalls von der Steuereinheit angesteuert werden, um zusammen mit den Bewegungsmustern Situationen realitätsnah nachbilden zu können.
Beispielsweise kann somit eine Autofahrt nachgebildet werden. Neben der Hinterlegung einer entsprechenden Steuerung der Antriebseinheit durch die Steuereinheit, kann das Antriebssystem über eine Schnittstelle mit einer App, die dem Benutzer die Aufzeichnung einer Autofahrt ermöglicht, kommunizieren. Dies trägt den Erfahrungswerten Rechnung, dass Kinder auf verschiede Fahrprofile unterschiedlich 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 dieses Profil abspielen, indem die Steuereinheit die Antriebseinheit und/oder die Ausgabemittel entsprechend steuert, um Erschütterungen, Geräusche und/oder Lichtprofile (z.B. wechselnde Licht von vorbeiziehenden Laternen), zu simulieren.
Die Steuerung der Antriebseinheit, also sämtliche Aktionen (an, aus, schneller, langsamer, ...), das Abspielen von Bewegungsmustern, kann über beliebige verbundene 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 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 Antriebseinheit 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 rückstellfähiges Element, das das Antriebssystem mit dem Schwingelement verbindet.
Das rückstellfähige Element kann eine Feder oder ein anderes Element sein, das sich elastisch verformen kann. Mit anderen Worten kann sich das elastische Element 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 Federkonstante charakterisiert sein. Ferner kann das rückstellfähige Element durch eine Vorspannkraft und/oder eine Anzahl der verbauter Federn definiert sein. In einer bevorzugten Ausführungsform können verschiedene Federn mit einer Vorspannkraft 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 Antriebsystem und Schwingelement verwendet werden. Verschiedenen Federn können beispielsweise verschiedene Gewichte, die in das Schwingelement aufgenommen werden sollen, zugeordnet werden (beispielsweise Basisfeder 3 - 5 kg, jede weitere Zusatzfeder +1kg). Die Steuereinheit kann aufgrund der aufgewendeten Zugkraft in Verbindung mit der Amplitudenauslenkung und Schwingungsfrequenz erkennen, welche Federn verwendet werden. Ferner kann die Steuereinheit bestimmen, 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 Hinweis an den Benutzer (blickendes Led, Benachrichtigung 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 weitere 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 rückstellfähigen Elements automatisch zu erfassen und basierend darauf die Antriebseinheit zu steuern.
In der bevorzugten Ausführungsform kann das rückstellfähige Element für verschiedene Lasten, die an dem Schwingelement auftreten können, variiert werden. Die Steuereinheit kann dazu ausgestaltet sein, unterschiedliche rückstellfähige Elemente zu erkennen und deren Parameter zu bestimmen. Diese Parameter, insbesondere die Federkonstanten, können dann von der Steuereinheit als Konfigurationsparameter gespeichert werden und bei der Steuerung der Antriebseinheit berücksichtigt werden. Somit können unterschiedliche rückstellfähige Elemente verwendet werden, ohne dass es notwendig ist, manuell Parameter der neuen rückstellfähigen Elemente in das Antriebssystem einzugeben. Vielmehr kann das Antriebssystem (insbesondere die Steuereinheit) ein rückstellfähige Element und dessen Parameter automatisch erkennen und den Betrieb entsprechend automatisch anpassen. Somit kann die Verwendung des Antriebssystems vereinfacht sein.
Als Parameter des rückstellfähigen Elements (beispielsweise eine Feder) können die Federkonstante (Federhärte) oder die Federkennlinie herangezogen werden. Diese beschreiben den Zusammenhang zwischen Verformung (Weg s oder Winkel φ) und Kraft F oder Drehmoment Mt. Die Federkennlinie ist wie das ihr zugrundeliegende Hookesche Gesetz in guter Näherung gewöhnlich linear und kann in diesem Fall mittels einer Federkonstante (als deren Steigung) charakterisiert werden. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein rückstellfähiges Element mit einer nichtlinearen Kennlinie benutzt werden. Hierbei wurde herausgefunden, dass insbesondere bei Verwendung des Antriebsystems zum Antreiben einer Babyfederwiege 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 mechanische Sperre sowie die Rekuperationsvorrichtung umfassen. Die Rekuperationsvorrichtung kann eine elektrische Maschine sein, die von dem Zugelement angetrieben 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 diesem Fall auf ein elastisches Schwingelement verzichtet werden. Dadurch kann das Antriebssystem kompakter realisiert werden, da kein rückstellfähiges Element mit dem Antriebssystem und dem Schwingelement verbunden sein muss.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird Federwiegensystem 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 und ein Aufhängelement umfassen, wobei die Trage ein Tuch oder eine formstabile Liege sein kann, das an dem Aufhängelement angehängt oder anhängbar ist. In der Trage kann zumindest eine Person (z.B. ein Kind oder Baby) aufgenommen werden. Das Federwiegensystem kann mit einem Neigungssensor ausgestattet sein. Vorzugsweise ist der Neigungssensor an dem Schwingelement oder dem Zugelement angeordnet. Somit kann die Steuereinheit Informationen über die Position des Schwingelements erfassen und die Antriebseinheit auf Basis dieser Informationen steuern. Weiterhin kann als das Federwiegensystem eine Umlenkrolle umfassen, 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 Kraftvektor des Zugelements geneigt zu der Vertikalen ausgerichtet ist. Vorzugsweise ist der von dem Zugelement auf die Schwingeinheit übertragene Kraftvektor mit einem 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 Federwiegensystem einen Befestigungsmechanismus aufweise. Das Schwingelement kann unterhalb des Antriebssystems mit dem Zugelement und optional mit einem rückstellfähigen Element an dem Antriebssystem angebunden sein. Da sich die nutzlasttragende Antriebseinheit stets auf einer Achse mit dem rückstellfähigen Element und so der Nutzlast befindet, liefert der Neigungssensor Eingangsdaten um eine harmonische Schaukelbewegung durch eine entsprechende Kraftansteuerung zu erreichen. Analog zu dem oben Ausgeführten, kann die Steuereinheit auch bei der Schaukelbewegung eine Cool-Down, Stand-By und Not-Stopp-Funktion ausführen.
Das Federwiegensystem kann als Babyfederwiegensystem genutzt werden. Ferner kann das Federwiegensystem auch von erwachsenen Menschen genutzt werden.
Vorzugsweise umfasst das Federwiegensystem zumindest einen Sensor, der dazu ausgestaltet ist, einen Zustand der zumindest einen in dem Schwingelement aufgenommenen Person zu erfassen, wobei die Steuereinheit dazu ausgestaltet ist, die Antriebseinheit auf Basis des erfassten Zustands zu steuern und/oder den Zustand 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 verschiedene Reaktionen der Person auf unterschiedliche Schwingmuster erfassen und speichern und somit Erfahrungswerte erzeugen, bei welchem Schwingmuster welche Reaktionen der Person am häufigsten auftreten. Beispielsweise kann die Steuereinheit bei Babys feststellen, welches Schwingmuster zu einer Beruhigung oder zu einem Einschlafen des Babys führt. Ferner kann die Steuereinheit unter Verwendung von Erfahrungswerten und/oder den Sensordaten eine durchschnittlichen 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. Ferner kann der Sensor einen Feuchtigkeitssensor umfassen, der beispielsweise erkennt, dass ein Baby die Windeln voll hat. Auch diese Information kann an einen Nutzer weitergegeben werden, beispielsweise über ein Display an dem Federwiegensystem und/über eine Schnittstelle, insbesondere kabellos, an ein mobiles Gerät.
Insbesondere, um die obigen Bestimmungen machen zu können, kann die Steuereinheit eine künstliche Intelligenz umfassen, die sämtliche Sensordaten überwachen kann, um Erkenntnisse zum Zustand oder Verhalten der in dem Schwingelement aufgenommen Person zu gewinnen und Aktionen zu veranlassen. Die künstliche 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 individuell angepasst werden.
Somit kann die Steuereinheit mittels regelbasierter Technologie oder künstlicher Intelligenz die optimalen Parameter für einen automatisierten Betrieb unter Berücksichtigung der auftretenden Randbedingungen bestimmen und die Steuereinheit entsprechend steuern.
Darüber hinaus kann die Steuereinheit Sensordaten anonymisiert an einen zentralen Internet-Dienst senden, um Erfahrungswerte von Installationen anderer Federwiegensysteme 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 distalen Ende, das dazu ausgestaltet ist, an einem Schwingelement befestigt zu werden, und eine Antriebseinheit, die dazu ausgestaltet ist, eine freie Länge des Zugelements zu vergrößern und/oder zu verkleinern, um eine Position des Schwingelements relativ zu dem Antriebssystem zu ändern, umfasst,
b) Betreiben der Antriebseinheit, so dass eine Vorspannung auf das Zugelement 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 erfinderische Verfahren ein solches Zugelement durch gezieltes Ansteuern der Antriebseinheit 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 Schwingelements 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 Zugelement 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 Aspekten anderer Ausführungsformen kombiniert werden und neue Ausführungsformen bilden.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Dabei zeigt

1 eine schematische Darstellung eines Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verwendung mit einem Federwiegensystem,
2 eine schematische Darstellung eines Antriebssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verwendung mit einem Federwiegensystem,
3 eine schematische Darstellung eines Antriebssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verwendung mit einem Federwiegensystem,
4 eine schematische Darstellung eines Antriebssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verwendung mit einem Federwiegensystem,
5 eine schematische Darstellung eines Antriebssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verwendung mit einem Federwiegensystem,
6 eine schematische Darstellung eines Antriebssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verwendung mit einem Federwiegensystem,
7 eine schematische Darstellung eines Antriebssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verwendung mit einem Federwiegensystem, und
8 eine schematische Darstellung eines Federwiegensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

1 ist eine schematische Darstellung eines Federwiegensystems 100. Das Federwiegensystem umfasst ein Antriebssystem 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform 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 Haken an einer Decke, einem Türrahmen und/oder einem Gestell aufgehängt werden. Das Antriebssystem 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 rückstellfähiges Element 3. Das rückstellfähige Element ist in der in 1 dargestellten Ausführungsform eine Feder. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist das rückstellfähige Element ein elastisches Element, das ein dehnbares Material (wie Gummi oder Elastomer) umfasst und seine Länge elastisch variieren kann. Das Zugelement und das elastische Element 3 sind beide an dem Antriebssystem 2 befestigt, so dass sie im Betriebszustand 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 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 2) so verkürzt werden, dass sich ein Abstand zwischen dem Schwingelement und dem Antriebssystem 2 verkleinert. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Zugelement auf einer Rolle 7 (nicht in 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. Anschließend übt das elastische Element 3 eine der vorherigen Bewegung entgegengesetzte Kraft auf das Schwingelement aus, so dass sich das Schwingelement in einer 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 erhalten zu können, muss das Zugelement 4 stets unter Spannung gehalten werden. Mit anderen Worten sollte das Zugelement 4 nicht durchhängen, so dass ein direktes Anziehen des Schwingelements durch ein Aufrollen des Zugelements 4 möglich ist. Im Stand der Technik wird ein gespanntes Zugelement durch ein mechanisches 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 Antriebssystem und dem Schwingelement gespannt ist. Somit ist gewährleistet, dass bei einem Betreiben der Antriebseinheit direkt auf die Bewegung des Schwingelements 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.
2 ist eine schematische Darstellung des Federwiegensystems 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Unterscheid zu 1 ist in 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 Bewegungssensor 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.
3 ist eine schematische Darstellung des Federwiegensystems 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 3 dargestellte Ausführungsform entspricht der in 2 dargestellten Ausführungsform, mit dem Unterschied, dass der Bewegungssensor 8 bei der vorliegenden Ausführungsform ein nicht-mechanischer Sensor ist. Mit anderen Worten kann der Sensor 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 Aussparungen aufweisen, die von dem Sensor 8 detektiert werden können. Ferner kann das Polrad magnetisierte Elemente aufweisen, die von dem Sensor 8 wahrgenommen werden können. In diesem Fall kann der Sensor 8 ein Hall-Sensor sein.
4 ist eine schematische Darstellung des Federwiegensystems 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei weist die vorliegende Ausführungsform zusätzlich oder alternativ zu den Sensoren der obigen Ausführungsformen einen Erschütterungssensor 14 auf. Damit kann eine Bewegung der Person in der Trage 6 detektiert werden. Insbesondere aufgrund der auf Spannung gehaltenen Verbindung zwischen Antriebssystem 2 und dem Schwingsystem durch das Zugelement 4 können Bewegungen der Person in der Trage 6 auf das Antriebssystem 2 übertragen werden. Daraufhin kann die Steuereinheit 22 den Betrieb der Antriebseinheit 21 auf die erfassten Erschütterungen abstimmen. Wird beispielsweise durch das Erfassen von Erschütterungen durch den Erschütterungssensor 14 auf ein unruhiges 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.
5 ist eine schematische Darstellung des Federwiegensystems 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vorliegenden Ausführungsform 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 Zugelement 4 auf. Mit anderen Worten wird das Zugelement 4 durch die Führung 16 gezielt auf die Rolle 15 aufgewickelt. Somit kann immer ein konstante Kraft von der Rolle 15 auf das Zugelement 4 aufgebracht werden und anders herum. Die Rolle 15 wird wie bei den obigen Ausführungsformen durch eine Antriebseinheit (nicht dargestellt in 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 bestimmt werden. Zudem weist diese Ausführungsform ein mechanisches Sperrelement 17 auf, das dazu ausgestaltet ist, das Zugelement 4 zu halten, wenn beispielsweise keine Bewegung des Schwingelements gewünscht ist.
6 ist eine schematische Darstellung des Federwiegensystems 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform entspricht den in 2 bis 4 dargestellten Ausführungsformen mit dem Unterschied, 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 Antriebssystems 2 sehr leise und verschleißarm ist.
7 ist eine schematische Darstellung des Federwiegensystems 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform entspricht den in 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 werden.
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 Horizontalen von dem Antriebssystem 2 zu dem Aufhängelement 5 verläuft. Ferner weist die Trage 6 der vorliegenden Ausführungsform einen Neigungssensor auf. Somit kann die Steuereinheit 22 Informationen über die Position der Trage 6 erfassen und die Antriebseinheit 21 auf Basis dieser Informationen steuern. Die Umlenkrollen sind an einem Gestell, an dem zumindest das Schwingelement aufgehängt ist, angebracht. Somit kann durch Betätigen des Zugelements 4 eine Schwingbewegung initiiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Befestigung
2: Antriebssystem
3: rückstellfähiges 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: Antriebeinheit
22: Steuereinheit
100: Federwiegensystem

Claims

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), wobei die Steuereinheit (22) dazu ausgebildet ist, die Antriebseinheit (21) so anzutreiben, dass ein mechanisches Spannelement simuliert wird, und wobei das Antriebssystem (2) zumindest ein rückstellfähiges Element (3) umfasst, das das Antriebssystem (2) mit dem Schwingelement verbindet.
Antriebssystem (2) gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend zumindest einen Sensor (8) zur Bestimmung einer Verlagerung des distalen Endes des Zugelements (4), wobei der zumindest eine Sensor (8) vorzugsweise ein kontaktloser Sensor ist.
Antriebssystem (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei das Antriebssystem (2) einen Kraftsensor aufweist, der dazu ausgestaltet ist, die auf das Zugelement aufgebrachte Kraft zu erfassen.
Antriebssystem (2) gemäß Anspruch 3, wobei die Steuereinheit (22) dazu ausgestaltet ist, die Antriebseinheit (21) auf Basis der durch den Kraftsensor erfassten Kraft zu steuern.
Antriebssystem (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei die Vorspannkraft weniger als 15 % der maximalen Leistung der Antriebseinheit (21), vorzugsweise weniger als 10 % der maximalen Leistung der Antriebseinheit (21) und stärker bevorzugt weniger als 8 % der maximalen Leistung der Antriebseinheit (21) beträgt.
Antriebssystem (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei die Steuereinheit (22) ferner dazu ausgestaltet ist, die Antriebseinheit (21) so zu steuern, dass das Schwingelement eine vorbestimmte Schwingbewegung ausführt.
Antriebssystem (2) gemäß Anspruch 6, wobei die Steuereinheit (22) dazu ausgestaltet ist, Eigenschaften des rückstellfähigen Elements (3) zu erfassen und basierend darauf die Antriebseinheit (21) zu steuern.
Antriebssystem (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei das Antriebssystem (21) eine Rekuperationsvorrichtung (18) umfasst, die dazu ausgestaltet ist, Energie aus der Schwingbewegung des Schwingelements zurückzugewinnen.
Federwiegensystem (100) umfassend: ein Antriebssystem (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüchen, das ortsfest anordenbar ist, und ein Schwingelement zur Aufnahme zumindest einer Person, wobei das Schwingelement an dem Zugelement (2) befestigt oder befestigbar ist.
Federwiegensystem (100) gemäß Anspruch 9, ferner umfassend zumindest einen Sensor (14), der dazu ausgestaltet ist, einen Zustand der zumindest einen 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 einen Person an eine Ausgabeeinheit auszugeben.
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, wobei das Antriebssystem (2) zumindest ein rückstellfähiges Element (3) umfasst, das das Antriebssystem (2) mit dem Schwingelement verbindet, b) Betreiben der Antriebseinheit (2), so dass eine Vorspannung auf das Zugelement (4) aufgebracht wird, um ein elastisches Spannelement zu simulieren, c) Bestimmen, dass sich das distale Ende des Zugelements (4) nicht auf die Antriebseinheit (2) zubewegt, und d) Beenden der Simulation des elastischen Spannelements.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte umfasst: e) Betreiben der Antriebseinheit (2), um eine Schwingbewegung des Schwingelements zu initiieren, so dass sich das distale Ende des Zugelements (4) von der Antriebseinheit (2) wegbewegt, f) Bestimmen, dass sich das distale Ende des Zugelements (4) nicht mehr von der Antriebseinheit (2) wegbewegt, und g) Betreiben der Antriebseinheit (21), so dass die Vorspannung auf das Zugelement (4) aufgebracht wird, um ein elastisches Spannelements zu simulieren.