VERBESSERTES LUFTSTEUERSYSTEM FÜR EIN LUFTBETT TECHNISCHES
GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte Verfahren und Vorrichtungen
zur Erzielung und Regulierung des Fluiddrucks in einer oder mehr Fluid aufnehmenden
Struktur(en). Genauer gesagt betrifft die Erfindung verbesserte Luftpumpen, Steuerungen,
Informationsverarbeitungen und Handsteuerungen zum Messen und Variieren des Luftdrucks
in Luftmatratzen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Luftunterstützte Matratzen werden mit Liegen und Betten verwendet,
um passable Körperauflagen zur Verfügung zu stellen. Luftmatratzen können
mit handbetriebenen Pumpen oder Sackpumpen aufgeblasen werden. Motorbetriebene Gebläse
und Pumpen werden ebenfalls verwendet, um Druckluft effizienter in Luftmatratzen
zu füllen. Die US-Patente 4,908,895
und 4,644,597 der Anmelderin der vorliegenden
Erfindung beschreiben mögliche Konstruktionen von Luftmatratzen.
Die Luftmatratzen liegen typischerweise innerhalb einer die Matratze
abstützenden Einfassung, wie sie in der US-PS
4,991,244 beschrieben ist, die an die Anmelderin der vorliegenden Erfindung
übertragen wurde. Bei Doppel-, schmalen Doppel- oder breiten Doppelbetten können
zwei Luftmatratzen oder zwei Luftkammern mit individuell einstellbaren Luftdrücken
vorgesehen sein. Diese Luftkammern können innen weiter unterteilt sein, mit
einem freien Fluidstrom zwischen diesen weiteren Unterteilungen. Die Luftmatratzen
können mit einem Einweg-Luftdruckentlastungsventil ausgestattet sein, das betätigbar
ist, um den Luftdruck in der Luftmatratze auf etwa 1 psig (Überdruck in Quadratzoll,
d.h. relativ zum Umgebungsdruck) zu beschränken, damit es zu keiner Nahtauftrennung
und Ausströmung kommt.
Die Vorspann- oder Festigkeitsmerkmale einer Luftmatratze werden durch
den Druck der Luft in der Luftmatratze bestimmt. Steuermechanismen werden zur Einstellung
der Füllung von Luftmatratzen verwendet. Young et al. offenbaren beispielsweise
in der US-PS 4,224,706 einen Mechanismus
zur Einstellung der Luftmenge in einer Luftmatratze. Der im '706er Patent offenbarte
Mechanismus enthält einen oder mehrere mit Luftmatratzen verbundene(n) Behälter
zur Zufuhr von Luft zur bzw. Aufnahme von Luft aus der Luftmatratze. Diese Behälter
befinden sich im Rahmen unterhalb der Matratze. Die Innenvolumen der Behälter
werden durch Drehung einer Handkurbel verändert. Durch die Veränderung
des Volumens in den Behältern wird der Luftdruck in den Luftmatratzen eingestellt.
Bei anderen Steuersystemen für Luftmatratzen können Bedienungspersonen
den Luftdruck in der Matratze durch Tastendruck verändern. Die Handsteuereinheiten
bei diesen Systemen befanden sich entweder am Luftschlauch, der die Pumpe mit der
Matratze verbindet, oder es stellten die Handsteuereinheiten eine elektrische Verbindung
zu der Pumpe und Magnetventilen her. Siehe zum Beispiel die US-PSen
4,897,890, 4,829,616 und
4,890,344 der Anmelderin der vorliegenden
Erfindung.
Diese Handsteuereinheiten gestatteten typischerweise die Übermittlung
von zwei Instruktionen an die Pumpe/Steuereinheit. Diese Instruktionen bestanden
entweder in einer Erhöhung oder in einer Senkung des Drucks. Die Benutzer mussten
sich bei der Einstellung des Luftdrucks auf ihren Tastsinn verlassen, weil die Einheiten
dem Benutzer keinerlei Informationen betreffend den Druck in den Matratzen lieferten.
Bei einer früheren Ausbildung einer Drucksteuerung für eine
Luftmatratze wurde der Luftdruck die ganze Zeit über konstant gehalten, unabhängig
davon, ob der Benutzer auf der Matratze lag oder nicht. Siehe US-PSen
4,142,717 und 4,994,124. Eine Steuereinheit
gestattete die Einstellung eines vorgegebenen Drucks. Ein Problem bei dieser Anordnung
lag in der abrupten Druckveränderung dann, wenn ein Benutzer Gewicht auf die
Matratze aufbrachte. Die Luftmatratze musste eine Innenstruktur aufweisen, um den
Großteil des Gewichts des Benutzers aufzunehmen, damit das Entweichen von großen
Luftvolumina bei der Regulierung des Drucks zum vorgegebenen Wert verhindert wurde.
Die Innenstruktur stand den Bequemlichkeitsvorteilen entgegen, die eine luftunterstützte
Matratze bieten sollte.
Bei einer anderen Ausbildung einer Drucksteuereinheit waren eine digitale
Anzeige für den Innendruck und Drucktasten vorgesehen. Siehe US-PS
Nr. 5,020,176. Der Benutzer konnte entweder einen konstanten Druckmodus
benutzen, bei dem der Druck vom Benutzer eingestellt werden konnte. Der Benutzer
hatte auch die Möglichkeit, einen manuellen Modus zu verwenden, bei dem der
Druck nicht konstant gehalten wurde, sondern der Benutzer den Fluidstrom in oder
aus der Matratze direkt steuerte.
Bei diesen früheren Ausbildungen wurden, wenn das Bett zwei separate
Matratzen oder Luftbälge enthielt, zwei Handsteuereinheiten geliefert, von
denen jede zur Steuerung des jeweiligen Luftbalgs diente. Eine auf einer Seite des
Betts liegende Person konnte daher dem Bettpartner auf der anderen Seite des Betts
bei einer Verstellung des Luftdrucks auf der anderen Seite des Betts nicht helfen,
ohne selbst auf die andere Seite des Betts zu gehen. Die Handsteuereinheiten waren
physisch an der Steuereinheit angebracht, wodurch die Platzierung einer bestimmten
Einheit eingeschränkt war.
Die bei diesen früheren Steuersystemen für Luftbetten zu
tätigende Datenverarbeitung war minimal. Die Systeme mit konstantem Druck erforderten
eine periodische Überprüfung des Drucks und einen Vergleich mit dem Sollwert.
Luft wurde dann je nach Bedarf zu- oder abgeführt, wobei nötigenfalls
mehrere Schritte ausgeführt wurden, um den gewünschten Druck zu erzielen.
Bei den Ausführungen mit manueller Steuerung steuerte der Bediener die Pumpe
und das Auslöseventil zur Steuerung des Fluidstroms in oder aus der Matratze
direkt.
Früher wurden mit einem Elektromotor betriebene Pumpen zum Aufblasen
von Matratzen verwendet. Das Betriebsgeräusch solcher Pumpen war eine häufige
Quelle für Beschwerden durch Konsumenten. Die Pumpen wurden meistens dann gebraucht,
wenn der Benutzer des Betts schlafen gehen wollte. Eine laute Pumpe beeinträchtigte
die ruhige Atmosphäre, die zum Einschlafen notwendig ist. Die häufigste
Ursache für den lauten Betrieb solcher Pumpen ist die starre Befestigung des
Ventilatormotors am Pumpengehäuse. Eine solche starre Befestigung überträgt
die vom Pumpenmotor erzeugten Schwingungen und Geräusche an das Pumpengehäuse
und an die Umgebung rund um die Pumpe. Weitere Möglichkeiten für eine
Geräuschübertragung an die Umgebung bei Luftpumpen sind der Speiselufteinlass
und der Kühllufteinlass. Es konnten zwar Schall isolierende und dämpfende
Materialien in die Pumpenmotoren und Gehäuse eingebaut werden, doch nur mit
dem Risiko einer Wärmeisolierung und dadurch bedingten Überhitzung der
Pumpenmotoren.
Für die Branche wäre es von Vorteil, eine leise Pumpe zur
Verfügung stellen zu können, bei welcher der Lärm und die Schwingungen
des Ventilatormotors gegenüber dem Pumpengehäuse gedämpft würden
und eine entsprechende Kühlung des Pumpenmotors gewährleistet würde.
Weiters sollten der Lufteinlass und der Kühllufteinlass so gestaltet sein,
dass die Menge an durch diese geleitetem Ventilatorgeräusch minimiert würde.
Es wäre ein bedeutender Fortschritt, wenn ein Mehrgeschwindigkeitsmotor für
ein optimales Aufpumpen mit weniger Lärm und einem Minimum an Überhitzungsproblemen
geschaffen würde. Was die Steuerung der Aggregate anlangt, wäre es ein
klarer Vorteil, wenn Handsteuereinheiten zur Verfügung gestellt würden,
bei denen der Benutzer der Einheit nicht an die Pumpeneinheit gebunden wäre
und beide Luftbälge steuern könnte für den Fall, dass jede Bettseite
ihren eigenen, unabhängigen Balg hätte. Es wäre auch ein entschiedener
Fortschritt auf dem Gebiet, wenn der Druck der Luftmatratze auf einer gewünschten
Einstellung genau und ständig überwacht und gesteuert werden könnte.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Luftsteuersystem eines Luftbetts gemäß der vorliegenden
Erfindung löst die oben dargelegten Probleme großteils. Das vorliegende
Luftsteuersystem enthält eine speziell zur Geräuschminderung konstruierte
motorbetriebene Pumpe sowie eine von der Luftpumpe unabhängige, fernbetriebene
Handbetätigungseinrichtung. Der Benutzer eines mit dem vorliegenden Luftsteuersystem
gesteuerten Bettaufbaus kann die Festigkeit der Luft matratze genau und ständig
auf eine gewünschte Einstellung regeln. Mit der fernbetriebenen Handbetätigungseinrichtung
gemäß dem Luftsteuersystem der vorliegenden Erfindung kann der Benutzer
die Festigkeit beider Bälge einer Doppelbalg-Luftmatratze unabhängig voneinander
einstellen.
Die Handsteuereinheit kommuniziert mit der Basiseinheit über
ein Funkfrequenz-Sende/Empfangsgerät. Die Basiseinheit überwacht ein Maß
für die Festigkeit der Luftmatratze, übermittelt dieses an die Handeinheit
und reagiert auf Befehle von der Handeinheit zur Veränderung der Festigkeit
der Matratze.
Die motorbetriebene Pumpe kann mit mehreren Geschwindigkeiten arbeiten,
um bei einer Optimierung der Pumpbedingungen Geräusche zu minimieren. Die Motorgeschwindigkeiten
sind zur Erzielung der optimalen Motorgeschwindigkeit in mehreren Stufen regelbar,
während gleichzeitig zur Verhinderung einer Überhitzung die Motortemperatur
überwacht wird. Die Basiseinheit ist speziell so konstruiert, dass eine Übertragung
von ungebührlichem Motorlärm von der Basiseinheit in die Umgebung verhindert
wird. Mikroprozessoren sowohl in der Handsteuerung als auch in der Basiseinheit
gestatten eine Optimierung der Pumpbedingungen ohne Einwirkung des Benutzers über
die Auswahl einer gewünschten Festigkeit hinaus.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht
eines Luftbetts in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Luftsteuersystem;
2a ist eine Ansicht einer Handsteuereinheit des Luftsteuersystems;
2b ist eine Ansicht einer Handsteuereinheit des Luftsteuersystems;
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Zeichens
und des Halbzeichens der Anzeige der Handsteuereinheit;
4 ist eine schematische Ansicht des Inneren der Handsteuereinheit;
5 ist eine in Einzelteile zerlegte Ansicht der Basiseinheit
des Luftsteuersystems;
6 ist eine Draufsicht auf die Schalttafel des Prozessors
der Basiseinheit mit einer schematischen Darstellung des Basisprozessors und des
Basisempfängers/senders;
7 ist eine Seitenansicht einer Rohr-Schlauch-Befestigung
zur Verwendung für die Anbringung einer Luftmatratze an der Basiseinheit;
8 ist eine perspektivische Ansicht der Schlauchbefestigung
zur Verbindung mit einer Aufnahmevorrichtung in der Basiseinheit;
9 ist eine Querschnittsansicht einer Aufnahmevorrichtung
in der Basiseinheit zum Einstecken der Schlauchbefestigung der 8;
10 ist eine Seitenansicht der am unteren Gehäuseteil
des Luftpumpengehäuses montierten Ventilatoreinheit und Luftverteilungseinheit;
11 ist eine Draufsicht auf die am unteren Gehäuseteil
des Luftpumpengehäuses montierte Ventilatoreinheit und Luftverteilungseinheit;
12 ist eine Ansicht der am unteren Gehäuseteil
des Luftpumpengehäuses montierten Ventilatoreinheit und Luftver teilungseinheit
von der rechten Seite der 4;
13 ist eine Seitenansicht der Ventilatoreinheit;
14 ist eine Schnittansicht entlang der Perspektive
der Linie 14-14 der 13;
15 ist eine Seitenansicht des Ventilators und der Ventilatoreinheit;
16a ist eine Draufsicht mit Phantomlinien, die die
Kraftstromschalttafel unterhalb des Gebläserads zeigen;
16b ist eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht
eines anders ausgerichteten Pumpengehäuses samt Basis;
16c ist eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht
eines anders ausgerichteten Pumpengehäuses samt Basis mit verbesserten Luftleiteinrichtungen;
17 ist eine Draufsicht auf die Luftverteilungseinheit
mit dem rechten Magnetventil in Phantomlinien;
18a ist eine Seitenansicht der Luftverteilungseinheit
mit dem rechten und linken Magnetventil in Phantomlinien;
18b ist eine perspektivische Ansicht des Innenteils
einer Luftverteilungseinheit mit Schnapppassung;
18c ist eine perspektivische Teilansicht der Außenseite
der Luftverteilungseinheit mit Schnapppassung;
18d ist eine perspektivische Teildraufsicht auf die
Außenseite einer Luftverteilungseinheit mit Schnapppassung;
19a–19c sind Flussdiagramme,
die die Bearbeitungsschritte des Handsteuerprozessors nach Drücken einer oder
zweier Schaltasten zeigen;
20 ist ein Flussdiagramm, das die Übertragungssequenz
zeigt, welcher der Handsteuerprozessor folgt;
21 ist ein Flussdiagramm, das den Gesamtbetrieb des
Basisprozessors zeigt;
22 ist ein Flussdiagramm, das den Empfang und die Entschlüsselung
von Meldungen durch den Basisprozessor zeigt; und
23a–23e sind Flussdiagramme,
die die Bearbeitung von zeitabhängigen Aktionen durch den Basisprozessor zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 ist eine Ansicht einer nachgiebigen Unterlage
10 in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Luftsteuersystem.
Die nachgiebige Unterlage 10 ist vorzugsweise ein mit Fluid gefülltes
Bett und noch bevorzugter ein Luftbett zur Aufnahme von einer oder mehr Person(en).
Die nachgiebige Unterlage 10 besitzt im allgemeinen eine rechteckige Basis-
oder Matratzenfedereinheit 12 zur Auflage auf dem Boden oder auf einem
am Boden stehenden Gestell. Eine Matratzeneinheit 14 liegt oben auf der
Matratzenfedereinheit 12. Die Matratzeneinheit 14 weist ein im
allgemeinen pfannenförmiges nachgiebiges Element 16 mit aufrecht linearen
Seitenkanten 18 und 20 auf, die mit einer querlaufenden Vorderkante
22 und einer vergleichbaren querlaufenden Hinterkante 24 verbunden
sind.
Die Seitenkanten 18, 20, die Vorderkante
22 und die Hinterkante 24 sind mit dem Umfangsteilen eines im
allgemeinen flachen Bodenteils 26 integral ausgeführt und bilden mit
diesen eine im allgemeinen rechteckige Kammer 28. Ein Paar längliche
Luftbälge 30 und 32 sind nebeneinander in der rechteckigen
Kammer 28 angeordnet. Die Luftbälge 30 und 32 umfassen
Luftmatratzen oder Luftkissen, die eine Mehrzahl von Quer- und/oder Längskammern
zur Aufnahme von Druckluft aufweisen können. Die Luftbälge 30
und 32 sind so dimensioniert, dass sie die rechteckige Kammer
28 ausfüllen. Handelsübliche Luftbälge variieren größenmäßig
von 23 bis 34 Zoll in der Breite und 67 bis 84 Zoll in der Länge. Vorzugsweise
haben die Luftbälge 30, 32 eine aufgeblasene Dicke von 5,5
Zoll. Es können auch andere Typen und Größen von Luftbälgen
sowie Bälge zur Aufnahme von anderen Fluiden, z.B. Wasser, in der Matratzeneinheit
14 für die nachgiebige Unterlage 10 verwendet werden.
Eine im allgemeinen rechteckige Abdeckung 38 passt über
die Kanten 18, 20, 22 und die Hinterkante 24,
um die Oberseite der Kammer 28 zu umschließen. Wie in 1
gezeigt, ist ein Teil der Abdeckung 38 zurückgerollt, um die Anordnung
der Luftbälge 30, 32 einer neben dem anderen in der rechteckigen
Kammer 28 zu veranschaulichen.
Das erfindungsgemäße Luftsteuersystem 40 fungiert
als Druckluftlieferant zu den Luftbälgen 30, 32 und zur Steuerung
des Drucks der Luftbälge 30, 32. Das Luftsteuersystem
40 enthält eine Handsteuereinheit 42 und eine Basiseinheit
44.
Ausführungsformen der Handsteuereinheit
Die in 2a gezeigte Handsteuereinheit
42 ist vorzugsweise eine Fernsteuerung, die physisch nicht mit dem restlichen
Luftsteuersystem 40 verbunden ist. 2b zeigt
eine alternative Ausführungsform der Handsteuereinheit 742 mit einer
analogen Druckmessanzeige 804 und Luftsteuertasten 806,
808. Die Handsteuereinheit 742 wird vorzugsweise mit der in Bezug
auf 16b beschriebenen alternativen Pumpenkonfiguration
verwendet, auch wenn sie für verschiedene Pumpenausführungen geeignet
ist.
Mit Hilfe der Handsteuereinheit 42 kann ein Benutzer den
Luftdruck in den Luftbälgen 30, 32 regeln, während
er auf der Matratzeneinheit 14 liegt, oder auch in jeder anderen Position
in der Nähe des Luftsteuersystems 40. Die Handsteuereinheit
42 wird vorzugsweise mit der später beschriebenen Pumpe
152 verwendet, auch wenn sie für verschiedenen Pumpenausführungen
geeignet ist.
Auf der Oberseite 102 der Handsteuereinheit 42 befinden
sich eine digitale Anzeige 104, zwei Tasten 106, 108
und ein Zweipositionenschalter 110. Die digitale Anzeige 104 zeigt
Informationen an, die sie von der Basiseinheit 44 erhält. Vorzugsweise
besteht die digitale Anzeige 104 aus einer Flüssigkristallanzeige
(LCD). Die LCD umfasst zwei Zeichen 112 von 0–9 und ein Halbzeichen,
das nur eine Eins oder unbeleuchtet sein kann. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform
besteht jedes Zeichen 112 aus 7 Segmenten 113 wie in
3 gezeigt, und das Halbzeichen 114 besteht
aus zwei Segmenten 115, nämlich dem Ober- und Unterteil der Eins.
Die Flüssigkristallanzeige ist von hinten beleuchtet, u.zw. mit zwei vorzugsweise
Gelblicht entsendenden Dioden. Die digitale Anzeige 104 zeigt dem Benutzer
eine Zahl an, die vom Druck in den Luftbälgen 30, 32 abhängt.
Vorzugsweise hat die Taste (entweder 106 oder 108) zur Erhöhung
des Drucks in einem Luftbalg einen für den Benutzer fühlbar vorstehenden
Oberteil, während die zum Auslassen oder Reduzieren des Luftdrucks in einem
Luftbalg bestimmte Taste mit einem für den Benutzer fühlbar vertieften
Oberteil ausgeführt ist. Dadurch ist die Ergonomie der Handsteuereinheit weiter
optimiert und ihr Einsatz sogar ohne Hinschauen auf die Einheit möglich.
Die beiden Tasten 106, 108 und der Schalter
110 ermöglichen die Übermittlung eines Befehls vom Benutzer zum
Luftsteuersystem 40. Die beiden Tasten 106, 108 können
vom Benutzer verwendet werden, um einen Aufblas- oder Entleerzyklus auszulösen,
die Anzeige des aktuellen Drucks anzufordern oder die Basiseinheit 44 zu
instruieren, die Handsteuereinheiten 42 zu erkennen.
Die Position des Zweipositionenschalters 110 wählt die
Luftbälge 30, 32 aus, auf die durch die Bedienung der Handsteuereinheit
42 eingewirkt werden soll. Die Oberfläche der Oberseite
102 der Handsteuereinheit 42 kann Markierungen aufweisen, die
bei der entsprechenden Seite des Schalters 110 links oder rechts anzeigen.
Die bevorzugte Art und Weise, die linke/rechte Seite der Matratzeneinheit
14 zu bestimmen, ist aus der Perspektive einer Person, die am Rücken
mit ihrem Kopf in der Nähe der Vorderkante 22 (Schlauchseite) der
Matratzeneinheit 14 liegt, auch wenn andere Vorgangsweisen möglich
sind. Bei einem System mit einem einzigen Luftbalg 30 ermöglicht jede
Position des Schalters 110 eine Einstellung des Drucks im Luftbalg
30, wenn ein Y-Schlauch zur Anbringung der Basiseinheit 42 an
der Matratzeneinheit 14 verwendet wird, wie nachstehend beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 4 enthält das
Innere der Handsteuereinheit 42 eine tragbare Stromversorgung
116, einen Handsteuerprozessor 118 und einen Handsteuerempfänger/sender
120. Die tragbare Stromversorgung 116 besteht aus einer Einwegbatterie
oder einer wiederaufladbaren Batterie. Der Handsteuerprozessor 118 empfängt
die Eingabe von den Tasten 106, 108 und der Basiseinheit
44 über den Handsteuerempfänger/sender 120 und sendet
die Ausgabe an die digitale Anzeige 104 und die Basiseinheit
44. Der Handsteuerprozessor 118 ist ein digitaler Prozessor, beispielsweise
eine Motorola MC68HC05P4-Mikrosteuerung mit etwas mehr als 4 Kilobyte ROM-(Programm)Speicher,
176-Byte RAM-Speicher, 20 I/O-Anschlussstiften, einer Nur-Eingang-Anschlussstift,
einem Zeitgeber-Ausgangsstift und einem l6-Bit-Erfassungs/Vergleichstimer. Die Software
für den Handsteuerprozessor 118 wird bei der Herstellung im ROM-Speicher
abgespeichert. Der Handsteuerprozessor 118 wird bei der Herstellung mit
einem 8-Bit-Einheits-ID-Code und einem 4-Bit-Revisionscode für die Softwareversion
durch die Wahl entsprechender Widerstände in der Handsteuereinheit
42 permanent verschlüsselt. Der Handsteuerempfänger/sender
120 ist auf eine entsprechende elektromagnetische Frequenz eingestellt,
um von der Basiseinheit 44 zu empfangen bzw. an diese zu senden. Der Handsteuerempfänger/sender
120 kann Funkfrequenzsignale empfangen oder Funkfrequenzsignale senden,
er kann aber nicht gleichzeitig senden und empfangen.
Ausführungsformen der Basiseinheit
Die Basiseinheit 44 der vorliegenden Erfindung ist in
5 dargestellt. Die Basiseinheit 44 enthält
eine motorbetriebene Pumpe 152, Drucksensoren 156, 158
(10) und eine Basiseinheit-Bearbeitungsplatte
160 (11). Unter Bezugnahme auf 6
enthält die Basisbearbeitungsplatte 160 den Basisprozessor
162 und den Basisempfänger/sender 164. Die Basiseinheit
44 ist mittels flexibler Schlauchleitungen oder Schläuchen
166, 168 über Eingangsbuchsen 170, 172
an die Luftbälge 30, 32 angeschlossen. Mit Hilfe der Schläuche
166, 168 kann das Luftsteuersystem 40 zur Erzielung eines
gewünschten Luftdrucks in den Luftbälgen 30, 32 den
Luftbälgen 30, 32zusätzliche Luft zuführen oder
Luft aus den den Luftbälgen 30, 32 abziehen. Für eine
Matratzeneinheit 14 mit einem einzigen Luftbalg 30 kann anstelle
der Schläuche 166, 168 ein (nicht dargestellter) Y-Schlauch
vorgesehen sein, so dass entweder die rechtsseitigen oder die linksseitigen Befehle
auf den einzigen Luftbalg 30 wirken oder alternativ die
nicht verwendete Eintrittsbuchse 170, 172 zugestöpstelt werden
kann. Ein elektrischer Stecker 174 kann an eine herkömmliche Wechselstrombuchse
angeschlossen werden. Ein elektrisches Stromkabel 176 verbindet den Stecker
174 mit der Basiseinheit 44.
Der Basisempfänger/sender 164 ist auf eine elektromagnetische
Frequenz abgestimmt, die vorzugsweise im Hochfrequenzbereich liegt. Die elektromagnetische
Frequenz liegt vorzugsweise in einem Bereich von 315 MHz (106 Hz) bis
350 MHz. Die Wahl des Funkfrequenzteils des elektromagnetischen Spektrums ermöglicht
eine klare Übertragung des Signals, ohne dass der Benutzer die Handsteuereinheit
42 auf den Basisempfänger/sender 164 richten muss. Das Signal
wird in digitaler Form mit einer Geschwindigkeit von 833 Bits pro Sekunde übermittelt.
Der Basisempfänger/sender 164 kann Funksignale empfangen oder Funksignale
senden, er kann aber nicht gleichzeitig senden und empfangen.
Die Drucksensoren 156, 158 sind piezoelektrische
Standard-Drucksensoren wie jene der Firma IC Sensors Inc. Die Kappe auf den Drucksensoren
156, 158 enthält ein kleines Loch, um Luft unter Umgebungsdruck
hinein zu lassen. Dadurch kann die Messung der Abweichung vom Umgebungsdruck mit
Hilfe der Drucksensoren 156, 158 vorgenommen werden. Die Schaltungsanordnung
zur Verstärkung des Signals vom piezoelektrischen Sensor und zur Durchführung
der Analog/Digital-Umwandlung ist ebenfalls Stand der Technik.
Der Prozessor 162 ist ein digitaler Prozessor, beispielsweise
eine Motorola MC68HC05P6-Mikrosteuerung mit einem etwas mehr als 4-Kilobyte großen
ROM-(Programm-)Speicher, einem 176-Byte RAM-Speicher, 20 I/O-Anschlussstiften, einem
Nur-Eingang-Anschlussstift, einem 8-Bit-Analog/Digital-Wandler und einem 16-Bit-Erfassungs/Vergleich-Timer.
Die Software für den Prozessor 162 wird bei der Herstellung im ROM-Speicher
abgespeichert.
Unter Bezugnahme auf die 7,
8 und 9 ist der Schlauch
166 in Verbindung mit einer Schlauchbefestigung 180 gezeigt. Die
Schlauchbefestigung 180 ist selektiv und abnehmbar in einer Eingangsbuchse
170, 172 aufgenommen, wobei der Schlauch 168 konstruktionsmäßig
natürlich identisch mit dem Schlauch 166 ist. Die Befestigung
180 besteht vorzugsweise aus einem einstückigen, im allgemeinen rohrförmigen
Körper 182 aus Kunstharz. Der Befestigungskörper 182
enthält ein Schlauchaufnahmeende 184, einen Körpermittelteil
186 und einen Steckverbindungskopf 188.
Der Steckverbindungskopf 188 enthält einen erweiterten
Dichtteil 190. Der Dichtteil 190 trägt eine O-Ring-Dichtung
192. Der Steckkopf 188 enthält auch eine Verbindungsspitze
194. Die Verbindungsspitze 194 enthält ein Paar Zinken
195, 196 von im allgemeinen halbkreisförmigem Querschnitt.
Die Zinken 195, 196 sind auf der Spitze 194 spiegelbildlich
angeordnet. Jede Zinke 195, 196 enthält einen axialen Teil
197, der sich vom erweiterten Teil 190 des Verbindungskopfs
188 nach außen erstreckt, und einen Halbumfangsteil 198,
der im allgemeinen L-förmig mit dem axialen Teil 197 angeordnet ist.
Der Umfangsteil 198 ist am Umfang 199 abgeschrägt und weist
einen abstehenden Wulst 200 auf.
Unter Bezugnahme auf 9 weist jede Eingangsbuchse
170, 172 eine im allgemeinen rohrförmige Innenwand
201 und eine den Wulst aufnehmende Öffnung 203 auf. Ein Verbindungskopf
188 einer entsprechenden Schlauchbefestigung 180 ist lösbar
in der entsprechenden Buchse 170, 172 aufgenommen, wobei die vom
erweiterten Teil 190 des Verbindungskopfs 188 getragene O-Ring-Dichtung
192 in dichtendem Kontakt mit der inneren Seitenwand 201 der Buchse
aufgenommen ist. Ein Wulst 200 einer der beiden Zinken 195,
196 des Verbindungskopfs ist lösbar in der Öffnung
203 aufgenommen.
Die Pumpe 152 hat drei wichtige Unterkomponenten: das Pumpen-Außengehäuse
202, die Ventilatoreinheit 204 und die Luftverteilungseinheit
206.
Das Pumpen-Außengehäuse 202 hat drei Unterkomponenten:
den unteren Außengehäuseteil 208, den oberen Außengehäuseteil
210und die nachgiebige Unterlage 212. Im allgemeinen bildet der
untere Außengehäuseteil 208 die Grundplatte für die Ventilatoreinheit
204 und den oberen Außengehäuseteil 210. Der obere Außengehäuseteil
210 passt zum unteren Außengehäuseteil 208 und umschließt
die Ventilatoreinheit 204 ohne physischen Kontakt mit derselben. Da der
obere Außengehäuseteil 210 des Außengehäuses
202 der Pumpe mit der Motoreinheit 204 nicht in Kontakt steht,
ist eine mechanische Dämpfung der Ventilatoreinheit 204 nur zwischen
der Ventilatoreinheit 204 und dem unteren Außengehäuseteil
208 erforderlich, an dem die Ventilatoreinheit 204 gelagert ist,
um die Übertragung von Schwingungen und Geräuschen auf ein Minimum zu
halten.
Unter Bezugnahme auf die 5,
10 und 11 besteht der
untere Außengehäuseteil 208 aus einer Basis
213 und einer Umfangslippe 214. Der untere Außengehäuseteil
208 ist vorzugsweise aus thermoplastischem Material gefertigt. Die Basis
213 ist im allgemeinen flach ausgeführt, damit sie leichter auf dem
Boden nahe dem Luftbett abgestellt werden kann. Die Umfangslippe 214 hat
einen oberen Rand, in dem ineinander greifende Randnuten 215 ausgebildet
sind.
Vier nach oben gerichtete Stützholme 216 für die
Ventilatoreinheit 204 sind integral mit der Basis 213 ausgebildet.
Die Stützholme 216 ragen über den oberen Rand der Umfangslippe
214 hinaus. Die Stützholme 216 sind mit einer zentralen Bohrung
218 ausgebildet, um den Durchtritt einer Verbindungsschraube durch diese
zu erleichtern. Kleinere Verbindungsholme 219 sind ebenfalls integral mit
der Basis 213 ausgebildet. Die Verbindungsholme 219 sind so gestaltet,
dass sie die Verbindung des oberen Außengehäuseteils 210 mit
dem unteren Außengehäuseteil 208 erleichtern. Eine zentrale Bohrung
220 ist in den Verbindungsholmen 219 festgelegt, um den Durchtritt
einer Verbindungsschraube durch diese zu erleichtern.
Eine spiralenförmige Wand 221 ist integral mit der Basis
213 ausgebildet. Die spiralenförmige Wand 221 begrenzt einen
Teil des spiralenförmigen Lufteintrittskanals 222. Der spiralenförmige
Lufteintrittskanal 222 erstreckt sich von der zentralen Kammer
223 nach außen zur Eintrittsmündung 224. Der spiralenförmige
Eintrittskanal 222 ist von der Basis 213, der spiralenförmigen
Wand 221 und der nachgiebigen Unterlage 212 begrenzt.
Die Eintrittsmündung 224 besitzt zwei benachbarte Eintrittsöffnungen
225a und 225b, die durch eine zentrale Auflage 226 voneinander
getrennt sind. Stützzungen 228 überlagern die in der Basis
213 gebildete Stützstruktur 229. Schrauben 230 werden
durch die in den Stützzungen 228 ausgebildeten Bohrungen und dann
in die in der Basis 213 gebildete Stützstruktur geschraubt, um die
Eintrittsmündung 224 am unteren Außengehäuseteil
208 zu befestigen.
Eine Bugplatte 232 ragt von den Eintrittsöffnungen
225a und 225b vor und überlagert diese. Die Bugplatte
232 ist durch Winkelstücke 234 verstärkt.
Eine Kühlluftmündung 238, die in 12
dargestellt ist, ist ebenfalls am unteren Außengehäuseteil 208
des Pumpen-Außengehäuses 202 angebracht. Die Kühlluftmündung
238 liegt im allgemeinen diametral gegenüber der Eintrittsmündung
224.
Die Kühlluftmündung 238 weist einen darin festgelegten
Kühllufteintritt 240 auf. Die Kühlluftmündung
238 ist an der Basis 213 mittels Stützzungen 242
und Schrauben 243 angebracht, wie zuvor beschrieben. Eine Dichtplatte
244 ragt vom Kühllufteintritt 240 vor und überlagert
diesen.
Die nachgiebige Unterlage 212 ist oben auf der Basis
213 des unteren Außengehäuseteils 208 angeordnet. Die
zentrale Position der nachgiebigen Unterlage 212 auf der Unterseite ist
auf dem Oberteil der spiralenförmigen Wand 221 abgestützt.
Die nachgiebige Unterlage 212 besitzt eine darin festgelegte
zentrale Öffnung. Die zentrale Öffnung fluchtet mit der zentralen Kammer
223 des spiralenförmigen Eintrittskanals 222. Ausschnitte
246 sind in der nachgiebigen Unterlage 212 zur Aufnahme der Stützholme
216 durch diese vorgesehen.
Die nachgiebige Unterlage 212 ist aus einem relativ dünnen,
unteren, nachgiebigen Gummiteil 248 und einem nach oben gerichteten, relativ
dicken Schaumgummikissen 250 gebildet. Das Schaumgummikissen
250 ist vorzugsweise mit dem nachgiebigen Gummiteil 248 verklebt.
Die nachgiebige Unterlage 212 hat überwiegend kreisrunde Gestalt.
Der obere Außengehäuseteil 210 des Pumpen-Außengehäuses
202 hat im allgemeinen die Form einer umgekehrten Schale, wobei der Oberteil
und die Seitenteile eine beträchtliche Tiefe festlegen. Der obere Außengehäuseteil
210 hat einen überwiegend zylindrischen Mittelabschnitt mit kantigen
Ecken 262, 263. Der Rand des unteren Teils der kantigen Ecke
262 ist so gestaltet, dass er zur Bugplatte 232 der Eintrittsmündung
224 passt. Der Rand des unteren Teils der eckigen Kante 263 ist
so gestaltet, dass er zur Dichtplatte 244 der Kühlluftmündung
238 passt.
In den kantigen Ecken 263 sind Druckluftauslässe
264 festgelegt. Der untere Rand des Seitenteils des oberen Außengehäuses
210 weist darauf festgelegte ineinander greifende Randlippen
268 auf. Die ineinander greifenden Randlippen 268 sind so gestaltet,
dass sie zu den ineinander greifenden Randnuten 215 passen, die am Rand
der Lippe 214 ausgebildet sind. Nach unten gerichtete Befestigungsholme
270 sind so ausgeführt, dass sie mit den in der Basis
213 ausgebildeten Verbindungsholmen 219 in Ausrichtung gebracht
werden können. Nach oben gerichtete Schrauben (nicht dargestellt) werden durch
die zentrale Bohrung 220 des Verbindungsholms 219 geführt
und in die Befestigungsholme 270 geschraubt, um die Verbindung des oberen
Außengehäuseteils 210 mit dem unteren Außengehäuseteil
208 herbeizuführen.
Die Ventilatoreinheit 204 der Pumpe 152 ist am besten
in den 13 und 14 zu sehen
und besitzt zwei wichtige Unterkomponenten: das Ventilatorgehäuse
280 und den Zweistufenventilator 282. Die Ventilatoreinheit
204 wird vorzugsweise vor der Installation im Pumpengehäuse
202 vollständig zusammengebaut. Um einen solchen Zusammenbau zu erleichtern,
ist das Ventilatorgehäuse 280 aus zwei Hälften 280a
und 280b gebildet, die den Zweistufenventilator 282 umschließen.
Die Schnittansicht der 14 zeigt die Gehäusehälfte
280a des Gehäuses 280 mit dem darin installierten Ventilator
282. Die beiden Hälften des Ventilatorgehäuses 280 werden
durch Schrauben 276 zusammengehalten, die in Trägern 278
eingeschraubt sind.
Das Ventilatorgehäuse 280 ist so aufgebaut, dass es
eine untere Gebläseradkammer 284 festlegt. Die untere Gebläseradkammer
284 enthält einen darin festgelegten zentralen Lufteinlass
286. Der zentrale Lufteinlass 286 steht in Fließverbindung
mit einer zentralen Kammer 223 des spiralenförmigen Lufteintrittskanals
222, wenn die Ventilatoreinheit 204 am unteren Außengehäuseteil
208 montiert ist.
Die obere Gebläseradkammer 288 legt die zweite Kammer
für den Zweistufenventilator 282 fest. Die obere Gebläseradkammer
288 besitzt einen Luftauslass 290, der so gestaltet ist, dass
er Druckluft aus der Ventilatoreinheit 204 abführt.
Die untere Gebläseradkammer 284 und die obere Gebläseradkammer
288 stehen über einen Luftdurchtritt 292 zur Beförderung
von Druckluft aus der unteren Gebläseradkammer 284 in die obere Gebläseradkammer
miteinander in Fließverbindung.
Zwischen der unteren Gebläseradkammer 284 und der oberen
Gebläseradkammer 288 ist ein zylindrischer Kern 294 ausgebildet.
Der zylindrische Kern 294 besitzt darin festgelegte Kühllufteinlässe
296. Zwei O-Ring-Nuten 298 sind um den Innendurchmesser des Kerns
294 ausgebildet.
Zur Erleichterung der Montage der Ventilatoreinheit 204 an
der Basis 213 sind vier Befestigungsschlitze 300 integral mit
dem Außenteil der unteren Gebläseradkammer 284 ausgebildet. Lagerscheiben
302 aus Gummi sind in den Befestigungsschlitzen 300 eingesetzt.
Die Lagerscheiben 302 weisen eine darin festgelegte zentrale Bohrung auf,
die mit der zentralen Bohrung 218 der Stützholme 216 in Fluchtung
gebracht wird.
Unter Bezugnahme auf die 14,
15 und 16a ist der zweistufige
Ventilator 282 der Ventilatoreinheit 204 eine drehzahlvariable
Einheit, die mit verschiedenen gewählten Drehzahlen arbeiten kann. Der Ventilator
282 hat ein Primärgebläserad 306 und ein Sekundärgebläserad
308. Das Primärgebläserad 306 ist drehbar in der unteren
Gebläseradkammer 284 gelagert, und das Sekundärgebläserad
308 ist drehbar in der oberen Gebläseradkammer 288 gelagert.
Die Gebläseräder 306, 308 sind spiegelbildlich
konstruiert und haben gekrümmte Radschaufeln 310, die an einer Radscheibe
312 montiert sind. Vorzugsweise gibt es acht radial gerichtete, gekrümmte
Radschaufeln 310 auf jedem Gebläserad 306, 308.
Der Ventilatormotor 314 ist an einer axialen Welle
316 gelagert, die sich zwischen dem Primärgebläserad
306 und dem Sekundärgebläserad 308 erstreckt. Ein kleines
Kühlgebläse 317 ist an der axialen Welle 316 befestigt.
Der Motor 314 ist im Gehäuse 318 gelagert.
Zwei Kühllufteinlässe 320 sind im Gehäuse 318 vorgesehen,
um Kühlluft zum Kühlgebläse 317 zu lassen. Kühlluftauslässe
(nicht dargestellt) sind im Bodenteil des Gehäuses 318 nahe dem Primärgebläserad
306 vorgesehen. Stromzuführkabel 324 werden zur Beaufschlagung
des Motors 314 über eine Stromschalttafel 325 in den Oberteil
des Gehäuses 318 eingeleitet. Die Stromschalttafel 325 ist
am Gehäuse 318 angebracht und mit Hilfe von Klammern 326
im Ventilatorgehäuse 280 stabilisiert.
Der zweistufige Ventilator 282 ist im Ventilatorgehäuse
280 mittels zweier O-Ringe 328 montiert. Die O-Ringe
328 sind in den O-Ring-Nuten 298 des Ventilatorgehäuses zusammendrückbar
gehalten. Kein Teil des Ventilators 282 steht in physischem Kontakt mit
dem Ventilatorgehäuse 280. Dementsprechend gewährleisten die
beiden O-Ringe 328 eine Dämpfung der vom zweistufigen Ventilator
282 erzeugten Schwingungen, wodurch die Übertragung
solcher Schwingungen an das Ventilatorgehäuse 280 minimiert wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind verschiedene Modifikationen
der Pumpe 152 möglich. Beispielsweise ist es möglich, den Motor
314 und die Radschaufeln 306, 308 zur Basis
213 anders auszurichten, nämlich um etwa 90°. 16b
zeigt eine schematische Seitenansicht eines anders ausgerichteten Teils des Ventilatorgehäuses
280' (unterer Teil), der auf einer schematischen Basis 213' angeordnet
ist.
In dieser Ausführungsform ist zumindest ein Teil des Gehäuses
280 weggelassen, um einen sicheren Kontakt mit der Basis 213'
zu gewährleisten. Bei dieser Konfiguration erfolgt die Luftaufnahme beim Einlass
904 nach Durchtritt durch die Basis 213', wobei die Luft dann
weiter durch die zentrale Kammer und die Gebläseradkammern geführt wird,
im wesentlichen wie oben beschrieben.
Durch die vertikale anstelle der horizontalen Ausrichtung des Ventilatorgehäuses
280' kann ein zusätzliches Raumvolumen zwischen dem Gehäuse
280' und einem Pumpenaußengehäuse im allgemeinen neben dem Lufteinlass
904 geschaffen werden. Dieses eignet sich recht gut für die Anordnung
der Schaltungen und elektrischen Komponenten zur Steuerung der Pumpe. Die Weglassung
von Teilen des Gehäuses bewirkt aber auch eine Umgestaltung der Gesamtkonfiguration
des Pumpen-Außengehäuses, nämlich kleiner und kreisförmiger
(im Grundriss) gegenüber der unter Bezugnahme auf 5
beschriebenen Form und Größe der Pumpe 152.
16c zeigt weiters Modifikationen an der Luftkammer
zur Verbesserung der Effizienz des Unter-Drucksetzens von Luft in der Kammer
280'. Die in schattierten Linien dargestellte Lippe 945 ist so
gestaltet, dass sie Luft in die und aus den Gebläseradkammern leitet. Diese
Lippe wurde jedoch durch Verlängerung zu einer neuen, mit 946 bezeichneten
Form verbessert. Die Lippe 946 leitet die Luft effizienter, da sie weiter
in den Luftstrom reicht.
Eine weitere Verbesserung der Luftführung ist in 16c
gezeigt. Diese Verbesserung ist, was den Nutzen betrifft, schematisch ähnlich
der Lippenverlängerung mit entweder der in 16B
gezeigten, anders ausgerichteten Pumpe oder der in den verschiedenen früheren
Figuren gezeigten Pumpe 152. Die Linie 968 zeigt den Rotationsbogen
eines Gebläserads in einer Gebläseradkammer. Die Linie 970 zeigt
eine Innenwand einer Gebläseradkammer, wobei der Abstand zwischen den Linien
weniger als etwa 1/4 Zoll, bevorzugter etwa 1/8 Zoll, beträgt. Der Rest des
Volumens einer der früheren Kammern fällt vorzugsweise weg (wie durch
die schrägen Linien 985 veranschaulicht ist). Durch die Gesamtreduktion
des Kammervolumens werden unwirtschaftliche Wirbelbewegungen verringert und die
Wirksamkeit von Pumpen, bei denen diese Verbesserung verwendet wird, erhöht.
Unter Bezugnahme auf die 10,
17 und 18a ist die Luftverteilungseinheit
206 der Pumpe 152 fix am Pumpen-Außengehäuse
202 befestigt. Das Gehäuse 330 der Luftverteilungseinheit
206 ist vorzugsweise aus thermoplastischem Material hergestellt und in
einer Ausführungsform auf herkömmliche Weise mittels Schrauben am Ventilatorgehäuse
280 befestigt. Alternative Ausführungsformen der Luftverteilungseinheit
206' sind in den 18b, 18c
und 18d dargestellt. Die Luftverteilungseinheit
206' ist durch die Verwendung von Schnappteilen und Schnapppassungen leichter
und wirtschaftlicher zusammenzubauen. Durch solche Teile, wie nachgiebige Finger
331 und Schnapppassungen 332 zur Halterung des Solenoids, fällt
die Notwendigkeit von Befestigungsschrauben weg, wodurch der Zusammenbau beschleunigt
wird. Die genaue Herstellung von Ausführungsformen wie in den 18b–18d
gezeigt verbessert weiter die Gesamtqualität und Konkurrenzfähigkeit von
erfindungsgemäß hergestellten Produkten. Die Luftverteilungseinheit
206 enthält einen Drucklufteinlass 332, der in Fließverbindung
mit dem Luftauslass 290 der oberen Gebläseradkammer 288 steht.
Das Luftverteilungssystem 206 enthält weiters einen
linken Druckluftauslass 334 und einen rechten Druckluftauslass
336. Der linke Druckluftauslass 334 ist mit einer flexiblen Leitung
337a verbunden, und die flexible Leitung 337a ist an einen Drucksensor
156 angeschlossen. Der rechte Druckluftauslass 336 ist auf ähnliche
Weise mit der Leitung 337b verbunden, die an den Drucksensor
158 angeschlossen ist. Der linke Druckluftauslass 334 steht in
Fließverbindung mit dem Schlauch 166, der sich in freier Druckkommunikation
mit einem ersten Luftbalg 30 der Matratzeneinheit 14 befindet.
Der rechte Druckluftauslass 336 ist auf ähnliche Weise über den
Schlauch 168 mit einem zweiten Luftbalg 32 verbunden. Der Druckluftstrom
zu den zwei vorgenannten Bälgen 30, 32 wird durch ein linkes
Magnetventil 338 und ein rechtes Magnetventil 340 gesteuert. Der
Luftstrom wandert durch die Magnetventile 338, 340 und die Eintrittsbuchsen
170, 172 weiter in die Schläuche 166,
168, um eine Luftkommunikation mit den Luftbälgen 30,
32 herzustellen. Durch die Betätigung der Ventile 338,
340 wird der Magnetschaft 341 zurückgezogen, wodurch die
Eintrittsbuchsen 170, 172 geöffnet werden.
Beim Zusammenbau wird die nachgiebige Unterlage 212 zuerst
auf die Basis 213 des unteren Außengehäuseteils 208
gesetzt. Die nachgiebige Unterlage 212 ist in Bezug auf die Eintrittsmündung
224 und die Kühlluftmündung 238 derart positioniert,
dass in die Eintrittsöffnungen 225a, 225d eintretende Luft
unter die nachgiebige Unterlage 212 gelenkt wird und in den Kühllufteintritt
240 eintretende Luft über die nachgiebige Unterlage 212 gelenkt
wird.
Die Ventilatoreinheit 204 wird dann auf dem Schaumgummikissen
250 der nachgiebigen Unterlage 212 platziert. Geeignete Schrauben
348 werden durch die zentralen Bohrungen 218 der Stützholme
216 gesteckt und mit den Gummi-Lagerscheiben 302 verschraubt,
die in den Montageschlitzen 300 des Ventilatorgehäuses 280
vorgesehen sind. Beim Festziehen dieser Schrauben wird die Ventilatoreinheit
204 in Kompressionseingriff mit dem Schaumgummikissen 250 der
nachgiebigen Unterlage 212 gezogen. Die Gummi-Lagerscheiben 302
gelangen in Kompressionseingriff mit den Stützholmen 216. Dadurch
wird die Ventilatoreinheit 204 in fixem Eingriff mit dem unteren Außengehäuseteil
208 des Pumpen-Außengehäuses 202 gehalten. Gleichzeitig
werden innerhalb der Ventilatoreinheit 204 erzeugte Schwingungen durch
die Schaumgummikissen 250 der nachgiebigen Unterlage 212 und die
Gummi-Lagerscheiben 302 gedämpft. Dementsprechend wird die Übertragung
von Schwingungen von der Ventilatoreinheit 204 zum unteren Außengehäuseteil
208 des Pumpen-Außengehäuses 202 auf ein Minimum gehalten.
Der obere Außengehäuseteil 210 des Pumpen-Außengehäuses
202 kann dann über der Ventilatoreinheit 204 und der Luftverteilungseinheit
206 ohne physischen Kontakt mit denselben installiert werden.
Die (nicht dargestellte) Serviceinheit führt sämtliche Funktionen
einer Handsteuereinheit 42 neben verschiedenen Diagnosechecks der Basiseinheit
44 durch.
Betrieb der Basiseinheit-Luftpumpe
Während des Betriebs der Basiseinheit-Luftpumpe 152
wird Luft durch die Eintrittsöffnungen 225a, 225b in den
spiralenförmigen Lufteintrittskanal 222 gesaugt. Die Übertragung
von Gebläselärm nach außen durch einen geradlinigen Lufteintritt
war eine der Quellen für die Geräusche bei herkömmlichen Luftpumpen.
Hingegen trägt der spiralenförmige Lufteintrittskanal 222 dazu
bei, dass die Übertragung von Gebläselärm durch diesen minimiert
wird.
Die Luft wird von der zentralen Kammer 223 des spiralenförmigen
Lufteintrittskanals 222 durch den Lufteinlass 286 und die untere
Gebläseradkammer 284 angesaugt. Durch Drehen des Primärgebläserads
306 wird die Luft unter Druck gesetzt und beschleunigt. Diese Druckluft
wird dann durch den Luftdurchtritt 292 zur oberen Gebläseradkammer
288 zwangsgeführt. Die Luft wird dann durch Drehen des Sekundärgebläserads
308 weiter unter Druck gesetzt. Die Druckluft wird aus dem Ventilatorgehäuse
280 über den Luftauslass 290 zur Luftverteilungseinheit
206 ausgestoßen. Die Luftverteilungseinheit 206 verteilt
dann die Druckluft an eine oder beide Luftkammern des Luftbetts entsprechend der
Steuerung mittels des linken Magnetventils 338 und des rechten Magnetventils
340.
Kühlluft wird durch den Kühllufteintritt 240 angesaugt.
Die Kühlluft füllt den zwischen dem oberen Außengehäuseteil
210 des Pumpen-Außengehäuses 202 und der Ventilatoreinheit
204 begrenzten Raum aus. Die Kühlluft wird vom Kühlgebläse
317 durch den Kühllufteinlass 296 in das Gehäuse
318 des zweistufigen Ventilators 282 gesogen. Das Kühlgebläse
317 drängt die Kühlluft nach unten durch den Motor
314 des zweistufigen Ventilators 282 und hinaus durch den Kühlluftauslass.
Die Kühlluftauslässe münden in die untere Gebläsekammer
284. Die Kühlluft wird dann durch das Primärgebläserad
306 mit Druck beaufschlagt und mit der vom zentralen Lufteinlass
286 ankommenden Luft vermischt. Die Kühlluft wird dann über die
Luftverteilungseinheit 206 dem Luftbett zugeführt. Dieser Kühlluftweg
bewirkt eine Minimierung der Übertragung von Ventilatorschwingungen und -geräuschen.
Betrieb des Luftsteuersystems
Die Funktion des Luftsteuersystems basiert auf der Kommunikationsverbindung
zwischen der Basiseinheit 44 und der Handsteuereinheit 42. Kommunikationen
werden immer entweder durch die Handsteuereinheit 42 oder eine Serviceeinheit
ausgelöst. Eine Basiseinheit 44 sendet nur als Reaktion auf Meldungen,
die sie von den anderen Einheiten empfängt. Eine Präambel zur Meldung
stellt eine Sequenz zur Verfügung, während welcher sich der Empfänger
mit dem Sender synchronisieren kann. Eine bevorzugte Präambel besteht aus 14
Null Bits, gefolgt von 2 Ein-Bits.
Jede Meldung enthält ein 8-Bit-ID-Feld, das den Urheber oder
Adressat der Meldung anzeigt, einen 4-Bit-Revisionscode, der die Version der Software
anzeigt, und eine 4-Bit-Instruktion. Die Handsteuereinheiten 42 bringen
ihre jeweiligen IDs in die Meldungen ein, die sie senden. Alle Serviceeinheiten
bringen dieselben IDs, alles Nullen, und den Revisionscode, alles Nullen, in die
Meldungen ein, die sie senden. Die 8-Bit-ID lässt 256 verschiedene IDs für
die Handsteuereinheiten 42 zu, wobei eine für die Serviceeinheiten
reserviert ist. Der 4-Bit-Revisionscode lässt 16 verschiedene Softwareversionen
zu, und die 4-Bit-Instruktionen ermöglichen 16 verschiedene Meldungen. Zur
Übersendung jedes Bits sind etwa 1200 Mikrosekunden nötig.
Eine Basiseinheit 44 antwortet nur auf Meldungen von Serviceeinheiten
oder von Handeinheiten 42, die sie erkennt. Eine Basiseinheit
44 bringt den ID der Zieleinheit in die Antwortmeldung ein. Eine Basiseinheit
44 unterhält eine Liste der IDs von Handeinheiten, die sie erkennt,
u.zw. bis zu zwei. Die Liste kann von jeder Handsteuereinheit 42 während
der ersten 256 s nach Inbetriebnahme der Basiseinheit 44 eingegeben werden.
Dadurch wird die Initialisierung der Liste von erkannten Handsteuereinheiten
42 erleichtert. Bei einer Stromunterbrechung oder bei nicht angesteckter
Basisstation erinnert sich die Basiseinheit 44 an früher eingegebene
IDs, und eine neuerliche Initialisierung ist nicht mehr erforderlich. Auch kann
der nachstehend beschriebene Einleitungprozess der Handeinheit von einer erkannten
Handsteuereinheit 42 verwendet werden, wenn die Basiseinheit
44 nicht gerade mit einer Einstellung beschäftigt ist. Im Einleitungsprozess
der Handeinheit wird die Liste der IDs von erkannten Handsteuereinheiten komplett
umgeschrieben.
Der Handsteuerprozessor 118 reagiert prinzipiell auf das
Drücken einer oder beider Tasten 106, 108. Unter Bezugnahme
auf 19a ermittelt der Handsteuerprozessor
118, wenn er feststellt, dass in Schritt 400 keine der Tasten
106, 108 gedrückt wird, in Schritt 401, ob sich
die Einheit zur Zeit im Schlafmodus befindet oder nicht. Befindet sie sich im Schlafmodus,
verbleibt die Handsteuereinheit 42 weiterhin im Schlafmodus 402.
Ist sie nicht im Schlafmodus in Schritt 401, ermittelt der Handsteuerprozessor
118 als nächstes, ob 10 Sekunden ohne Aktivität in Schritt
408 verstrichen sind, wie in 19a gezeigt.
Die Tasten 106, 108 werden alle Zehntel Sekunden überprüft.
Wenn 10 Sekunden ohne Aktivität verstrichen sind, wird von Schritt
408 zu Schritt 410 übergegangen, in dem die digitale Anzeige
104 abgeschaltet wird, und die Handsteuereinheit 42 fällt
in den Schlafmodus, um Energie zu sparen. Wenn 10 Sekunden nicht ohne Aktivität
verstrichen sind, überprüft der Handsteuerprozessor 118 in Schritt
403, ob Tasten gesperrt waren und die Sperrbedingung aufgehoben wurde.
Gibt es gesperrte Tasten, werden die Tasten in Schritt 404 von ihrer Sperre
befreit, und der Prozessor setzt mit Schritt 400 fort. Wird in Schritt
403 festgestellt, dass keine Tasten gesperrt sind, fährt der Handsteuerprozessor
118 mit Schritt 400 fort.
Unter Bezugnahme auf 19b löst der
Handsteuerprozessor 118, wenn er feststellt, dass in Schritt
400 eine Taste 106, 108 gedrückt wird, die Verarbeitung
des Signals von den Tasten aus, 411. Zuerst wird festgestellt, ob sich
die Steuerung in Schritt 412 im aktiven Zustand befindet. Befand sich die
Handsteuereinheit 42 im Schlafmodus, als die Tasten 106,
108 gedrückt wurden, schaltet sie in den Aufwachmodus (Schritt
414). Beim Erwachen, 414, stellt die Handsteuereinheit
42 ihren RAM-Speicher auf Null, schaltet den Strom zur Anzeige
104 ein und initialisiert einen Großteil des restlichen Systems.
Nach Initiierung eines Aufwachmodus in Schritt 414 fordert
der Handsteuerprozessor 118 in Schritt 418 den aktuellen Druck
416 von der Basiseinheit 44 über den Handsteuersender/empfänger
120 an, um eine innerhalb der letzten 30 s abgetastete Druckmessung zu
zeigen. Eine Antwort von der Basiseinheit 44 wird bei 419 empfangen
und entschlüsselt, und die Anzeige 104 wird aktualisiert,
420. Dann stellt der Handsteuerprozessor 118 eine Zeitgeberzählung
422 ein und beginnt dann wieder mit der Feststellung, ob eine Taste
106, 108 gedrückt wurde, wenn die entsprechende Zeit zur
Überprüfung der Tasten erreicht ist, 400. Der Wert vom Zeitgeber
kann für die spätere Bestimmung verwendet werden, wie lange die Taste
gedrückt worden ist.
Befand sich die Handsteuereinheit 42 in Schritt
412 im Aufwachmodus, wird festgestellt, welche Tasten in Schritt
424 gedrückt werden. Für diese Feststellung liest die Handsteuereinheit
42 die Tasten 106, 108 alle Zehntel Sekunden ab und aktualisiert
ein Byte, das zeigt, welche Tasten gedrückt sind. Die relativ langsame Abtastgeschwindigkeit
ist ein wirksames Mittel zum Entriegeln der Tasten. Nachdem festgestellt wurde,
welche Tasten in Schritt 424 gedrückt wurden, stellt der Handsteuerprozessor
118 fest, ob die Tasten gesperrt sind. Wenn die Tasten in Schritt
426 gesperrt sind, setzt das Programm mit Schritt 400 fort. Wenn
die Tasten nicht gesperrt sind, setzt das Programm mit Schritt 428 fort.
Der Handsteuerprozessor 118 verfolgt die Tasten 106,
108, die bei der vorhergehenden Ablesung gedrückt waren. Dann wird
festgestellt, ob dieselben Tasten gedrückt sind, die bei der letzten Bestimmung
428 gedrückt waren. Sind unterschiedliche Tasten gedrückt, werden
die Tasten in Schritt 430 gesperrt und bleiben bis zur Freigabe gesperrt,
siehe Schritt 403. Das Programm setzt dann mit Schritt 400 fort.
Die Tasten werden auch dann gesperrt, wenn eine Einstellung aktiv ist (nicht dargestellt).
Nachdem in Schritt 428 festgestellt wurde, dass die Tasten
nicht gesperrt sind, wird festgestellt, wie viele Tasten gedrückt sind,
432. Ist in Schritt 432 eine Taste gedrückt, wird festgestellt,
ob die Taste zwei Sekunden lang gedrückt wurde, 434. Wenn nicht, setzt
das Programm mit Schritt 400 fort. Wenn ja, wird die digitale Anzeige
104 entsprechend inkrementiert oder dekrementiert, je nach dem, welche
Taste 106, 108 gedrückt ist, 436. Anfänglich
wird alle 0,5 s, während denen die Taste gehalten ist, ein Inkrement oder Dekrement
verarbeitet, aber nach vier aufeinander folgenden Aktionen wird die Geschwindigkeit
auf ein Inkrement bzw. ein Dekrement pro 0,1 s erhöht. Auch sendet der Handsteuerprozessor
118 eine Meldung, 438, die in Schritt 439 an die Basiseinheit
44 übermittelt wird, um mit der Druckeinstellung zu beginnen. Um anzuzeigen,
dass eine Einstellung im Gange ist, beginnt die digitale Anzeige 104 zu
blinken, 440. Dann stellt der Handsteuerprozessor 118 den Zeitgeber
neu ein, der die Zeitdauer zählt, während welcher die Taste gedrückt
ist, 442, und das Programm kehrt zu Schritt 400 zurück.
Wird in Schritt 432 festgestellt, dass zwei Tasten
106, 108 gedrückt sind, 444, fährt der Handeinheitprozessor
118 fort, wie in 19c dargestellt. Als erstes
wird der Status überprüft, 446, und der Handeinheit-Einführungsprozess
wird initiiert, wenn er nicht schon im Gange ist. Dieser Prozess ist bewusst aufwendig
gehalten, damit eine unbeabsichtigte Änderung der Liste von erkannten Handsteuereinheiten
40 verhindert wird. Beim Drücken beider Tasten beginnt die Anzeige
in Schritt 448 von 10 bis 1 hinunter zu zählen. Dann zeigt die Anzeige
zwei Bindestriche (--), 450, und die Handsteuereinheit 40 sendet
eine Meldung, 452, die an die Basiseinheit 44 übermittelt
wird, 453. Wenn die Basiseinheit 44 die Meldung empfängt,
schreibt sie die ID-Liste um, damit diese nur die ID der Sende-Handsteuereinheit
42 enthält. Dann sendet die Basiseinheit 44 eine Bestätigung
an die Handsteuereinheit 42. Wenn die Handsteuereinheit 42 die
Bestätigung in Schritt 456 erhält, zeigt sie in Schritt
458 „C1" oder „C2" an, wie von der Basiseinheit
44 instruiert.
Nach Empfang der ersten Meldung durch die Basiseinheit 44
hat der Benutzer 1 Minute Zeit, den Handeinheit-Einführungsprozess zu beenden.
Will der Benutzer, dass die Liste nur eine ID enthält, hat er zwei Möglichkeiten.
Zum einen kann der Benutzer wieder beide Tasten drücken, siehe Schritt
444. Diese Situation ist in der zweiten Verzweigung der 19c
für den Fall veranschaulicht, dass der Einführungsprozess bereits im Gange
ist. Der Handsteuerprozessor 118 sendet eine Meldung 460, die
dann an die Basiseinheit 44 übermittelt wird, 461, nämlich
dass es nur eine Handsteuereinheit 42 gibt. Nach Senden der Meldung erscheinen
wieder Bindestriche auf der Anzeige, 462. Die Basiseinheit 44
sendet eine Bestätigung, die bewirkt, dass die Anzeige der Handsteuereinheit
42 anzeigt (1c), 466. Kurze Zeit später sendet die Basiseinheit
44 eine Instruktion für die Handsteuereinheit 42, den normalen
Betrieb wieder aufzunehmen, 468. Dann setzt der Handsteuerprozessor
118 mit Schritt 400 fort.
Alternativ kann der Benutzer etwa 1 Minute lang nichts tun, nachdem
„C1" in Schritt 458 angezeigt wird. Hat die Basiseinheit
44 keine zweite Meldung bis zum Ende dieser Minute erhalten, sendet die
Basiseinheit 44 eine Meldung, die bewirkt, dass die Handsteuereinheit
42 mit der Anzeige von „C1" aufhört und in ihren normalen Betriebsmodus
zurückkehrt. (Diese Option ist in 19c nicht dargestellt,
weil die Handsteuereinheit nicht die Entscheidung trifft).
Will der Benutzer, dass die Liste zwei IDs enthält, kann der
Benutzer zur zweiten Handsteuereinheit 42 gehen und innerhalb von einer
Minute beide Tasten drücken, Schritt 444, während die erste Handsteuereinheit
42 "C1" anzeigt. In Schritt 446 würde die Verarbeitung den
Weg beschreiten, wo die Handsteuereinheit den Einführungsprozess nicht initiiert
hatte. Die Anzeige der zweiten Handsteuereinheit 42 beginnt mit der Zählung
von 10 hinunter zu 1, 448. Dann zeigt die Anzeige der zweiten Handsteuereinheit
42 zwei Bindestriche (--) an, 450, und die Handsteuereinheit
42 sendet eine Meldung an die Basiseinheit 44, 452. Wenn
die Basiseinheit 44 diese zweite Meldung während des Prozesses empfängt,
fügt sie die zweite ID zur Liste hinzu. Dann sendet die Basiseinheit
44 eine Bestätigung an die zweite Handsteuereinheit 42. Wenn
die zweite Handsteuereinheit 42 die Bestätigung erhält,
456, zeigt die Anzeige der zweiten Handsteuereinheit 42 „C2"
an, 458. Nach ein paar Sekunden sendet die Basiseinheit 44 Meldungen
an beide Handsteuereinheiten 42 und veranlasst, dass diese die Anzeige
von „C1" bzw. „C2" beenden und in den normalen Betriebsmodus zurückkehren.
Die Handeinheit-Einführungsmeldung ist der einzige Schritt, in dem von der
Basiseinheit 44 zwei Antworten verlangt werden, nämlich die Bestätigungsmeldung
und die Durchführungsmeldung.
Was die Aktualisierung der Anzeigepuffer betrifft, so unterhält
die Software der Handsteuereinheit zwei Anzeigepuffer von jeweils 3 Bytes in ihrem
RAM-Speicher. Der Sekundärpuffer enthält Informationen, wobei jedes Byte
einem Anzeigezeichen 112 oder einem Halbzeichen entspricht. Informationen
im Primärpuffer werden entsprechend den Segmenten 113, 115
der Anzeige 104 organisiert.
Wird eine Basiseinheit 44 initialisiert, um Befehle von zwei
Steuereinheiten 42 zu akzeptieren, kann es in zwei Fällen
zu Konflikten kommen. Der erste Konflikt tritt auf, wenn eine Handsteuereinheit
42 versucht, den Druck eines Luftbalgs zu überwachen, wenn die Basiseinheit
44 die Einstellung des Drucks bereits in demselben Luftbalg 30,
32 vornimmt. Die zweite Möglichkeit für einen Konflikt entsteht,
wenn eine Handsteuereinheit 42 versucht, die Festigkeit eines Luftbalgs
einzustellen, wenn die Basiseinheit 44 die Einstellung des Drucks in einem
Luftbalg 30, 32 als Reaktion auf eine Anforderung einer anderen
Handsteuereinheit 42 bereits vornimmt. In beiden Konfliktfällen wird
die Basiseinheit 44 die anfragende Handsteuereinheit 42 davon
in Kenntnis setzen, dass sie beschäftigt ist und zur Zeit die Anforderung nicht
erfüllen kann. In der Folge scheinen auf der zweiten Handsteuereinheit blinkende
Bindestriche (--) auf.
Wenn die zweite Handsteuereinheit 42 blinkende Bindestriche
anzeigt, ignoriert sie ein Niederdrücken der Inkrement/Dekrement-Tasten
106, 108, d.h. die Tasten werden im Ergebnis gesperrt, solange
eine Druckeinstellung unter der Instruktion der ersten Handsteuereinheit
42 stattfindet. Die Handeinheit überprüft eventuelle Änderungen
am Zweipositionenschalter 110. Ist die Position des Zweipositionenschalters
110 verändert, benachrichtigt die Handsteuereinheit 42 die
Basiseinheit 44, und die Basiseinheit 44 übermittelt den
Druck des neu gewählten Luftbalgs 30, 32 an die Handsteuereinheit
42, während sie die aktive Einstellung des anderen Luftbalgs
30, 32 entsprechend der Instruktionen der anderen Handsteuereinheit
42 nicht beendet.
Die digitale Anzeige 104 zeigt verschiedene Fehlercodes als
Reaktion auf verschiedene Kommunikationsschwierigkeiten mit der Basiseinheit
44 an und auch, wenn der Motor 152 zu heiß für eine
Einstellung ist.
20 veranschaulicht den Prozess des Empfangens und Entschlüsselns
einer Meldung von der Basiseinheit. Ein Zähler wird auf 1 gesetzt,
480, und eine Meldung wird an die Basiseinheit 44 gesendet,
482. Nachdem 0,2 bis 0,3 Sekunden gewartet worden ist, 484, überprüft
der Handsteuerprozessor 118, ob die Basiseinheit 44 eine gültige
Antwort empfangen hat, 486. Hat sie eine gültige Antwort empfangen,
wird die Antwort verarbeitet, 488, und der Prozessor kehrt zum Programmierschritt
zurück, der auf die Antwort gewartet hat, 490. Wurde keine gültige
Antwort erhalten, wird der Zähler überprüft, um festzustellen, ob
sieben Versuche bei der Übertragung gemacht wurden, 492. Wurden sieben
Versuche gemacht, wird eine Fehlermeldung an die digitale Anzeige 104 gesendet,
und das Programm kehrt zu Schritt 400 zurück. Wenn in Schritt
492 keine sieben Versuche getätigt wurden, wird der Zähler in
496 um 1 inkrementiert, und der Handsteuerprozessor 118 kehrt
zu Schritt 482 zurück, um mit der Übertragungsschleife fortzufahren.
Die Software für den Basisprozessor 162 hat eine Hauptschleife,
in welcher der Prozessor die meiste Zeit verbringt. Unter Bezugnahme auf
21 aktualisiert der Basisprozessor 162 verschiedene
Zeitgeber, wenn seit dem letzten Update 602 eine Sekunde verstrichen ist,
überprüft, ob eine Meldung empfangen, aber noch nicht verarbeitet worden
ist, 604, und überprüft, ob eine zeitabhängige Aktion durchgeführt
werden muss, 606. Die Basiseinheit 44 antwortet nur, wenn sie
von der Handsteuereinheit 42 entsprechend instruiert wird, außer für
eine Überwachung des Drucks, die alle 30 Sekunden geschieht, wenn keine andere
Aktivität stattfindet. Die Basiseinheit 44 sendet eine Antwort auf
jede Meldung, die sie von einer erkannten Handsteuereinheit 42 empfängt.
Um die Möglichkeit zu verringern, dass eine Basiseinheit
44 eine unerwünschte Aktion aufgrund einer irrtümlich empfangenen
Meldung vornimmt, akzeptiert die Basiseinheit 44 nur eine Meldung von einer
Handsteuereinheit 42 innerhalb von 256 s nach Einschalten der Basiseinheit
44 oder innerhalb von 256 s nach Empfang einer zuvor akzeptablen Meldung
von der Handsteuereinheit 42, wenn die empfangene Meldung nicht gerade
den aktuellen Status verlangt. Desgleichen akzeptiert die Basiseinheit
44 nur Meldungen von einer Serviceeinheit innerhalb von 5 min nach dem
Einschalten oder innerhalb von 5 min nach dem Empfang einer zuvor akzeptablen Meldung
von der Serviceeinheit. Mit dem Empfang jedes Byte wird die Meldung in einem Empfangspuffer
abgespeichert.
In Schritt 604 stellt der Prozessor fest, ob eine Meldung
empfangen worden ist, 608, und wartet auf die Verarbeitung, siehe
22. Gibt es eine zu verarbeitende Meldung, wird die
Meldung decodiert, 610. Wird der aktuelle Druck angefordert,
612, wird der zuletzt gemessene Druck an die Handsteuereinheit
42 gesendet, 614. Hat die Meldung eine Füll/Entleer-Anforderung
oder den Handeinheit-Einführungsprozess initiiert, wird der Prozessor benachrichtigt,
dass eine Aktivität angefordert wurde, 616, und das Programm kehrt
zur Hauptschleife zurück, 604.
23 veranschaulicht die verschiedenen Pfade, denen der Basisprozessor
162 folgen kann, wenn eine Prozessaktion in Schritt 606 verlangt
wird. Wenn der Basisprozessor 162 in Schritt 606 feststellt, dass
eine Aktion verlangt wird, 618, geht der Prozessor zur Ermittlung über,
welche Aktion verlangt wurde (siehe 19a): Handeinheit-Einführung
läuft gerade, 620, Druck muss abgelesen werden, 622, Einstellung
erfolgt gerade, 624, Einstellanforderung unerledigt,
626. Ein Handeinheit-Einführungsprozess kann durch eine erkannte Handsteuereinheit
42 initiiert werden, wann immer die Basiseinheit 44 nicht mit
einer Einstellung beschäftigt ist. Der Prozess kann durch jede Handsteuereinheit
42 während der ersten 256 s nach Einschalten der Basiseinheit
44 initiiert werden.
Unter Bezugnahme auf 23b schreibt der
Basisprozessor 162, wenn die Basiseinheit 44 die erste Handeinheit-Einführungsmeldung
empfängt, die ID-Liste um, 628, damit diese nur die ID der Sender-Handsteuereinheit
42 enthält. Dann sendet die Basiseinheit 44 eine Bestätigung,
630, die an die Handeinheit 42 übermittelt wird,
631. Der Basisprozessor 162 stellt einen Zeitgeber ein,
632. Der Basisprozessor 162 überwacht den Zeitgeber 1 min
lang, um festzustellen, ob eine zweite Handeinheit-Einführungsmeldung empfangen
wird, 634. Werden keine anderen Meldungen innerhalb dieser Minute empfangen,
schließt der Basisprozessor 162 daraus, dass es nur eine Handsteuereinheit
42 gibt, sendet eine Meldung 636 zur Rückkehr in den Normalbetrieb,
die an die Handsteuereinheit 42 übermittelt wird, 637, und
der Basisprozessor 162 beendet den Handeinheit-Einführungsprozess
und kehrt zur Hauptschleife zurück, 606.
Empfängt die Basiseinheit 44 eine zweite Handeinheit-Einführungsmeldung
innerhalb von 1 min nach der ersten, stellt der Basisprozessor 162 fest,
638, ob die ID dieselbe ist wie die zuerst empfangene ID. Ist die zweite
ID eine andere, fügt der Basisprozessor 162 die zweite ID zur ID-Liste
hinzu, 640. Dann sendet die Basiseinheit 44 eine Meldung,
642, die an die zweite Handsteuereinheit 42 übermittelt wird,
643. Stammt die zweite Meldung von derselben Handsteuereinheit
42 wie die erste Meldung, sendet die Basiseinheit eine Meldung,
644, die an die Handsteuereinheit 42 übermittelt wird,
645, worin bestätigt wird, dass es nur eine Handsteuereinheit
42 gibt. Auf jeden Fall sendet die Basiseinheit nach ein paar Sekunden
eine Meldung, 646, die an eine oder beide Einheiten übermittelt wird,
647, um in den Normalbetrieb zurückzukehren.
Der Druck wird alle 30 s abgelesen, wenn gerade keine Einstellung
stattfindet. Wie nachstehend beschrieben, wird der Druck auch alle 3 s während
einer aktiven Einstellung abgelesen. Es sei bemerkt, dass die Handsteuereinheit
42 während einer aktiven Einstellung alle 10 s eine Druckanforderung
absendet, während sie den blinkenden Zieldruck weiterhin anzeigt. Bei jeder
Anforderung übermittelt die Basiseinheit 44 an die Handsteuereinheit
42 den in Schritt 612 zuletzt abgelesenen Druck. Unter Bezugnahme
auf 23c schließt der Basisprozessor
162 nötigenfalls zuerst die Ventile 338, 340, um
den Druck abzulesen, 648. Es dürfen 3 s verstreichen, 650,
damit sich der Druck in den Luftbälgen 30, 32 stabilisieren
kann. Der Basisprozessor 162 initiiert dann die Analog/Digital-Umwandlung
(A/D) der Ausgabe der Drucksensoren 156, 158, 652. Dann
wartet der Basisprozessor 162 0,1 bis 0,2 s, 654, bevor er den
Druck aus der digitalisierten Ablesung errechnet, 656. Der Druck wird aus
der folgenden Formel erhalten:
Druck = Verstärkung·(Ablesung – Abweichung)
worin die Verstärkung und die Abweichung bei der Kalibrierung der Einheit während
der Herstellung oder während eines Service festgelegt werden. Die Werte für
die Verstärkung und die Abweichung werden im Speicher des Basisprozessors gespeichert.
Der berechnete Druck wird als 24-Bit-Zahl mit einer maximalen Auflösung von
0,005 psi gespeichert.
Die von der Handsteuereinheit 42 unmittelbar angezeigte Zahl
kann in unterschiedlicher Beziehung zum Druck stehen. Sie kann eine unmittelbare
Darstellung des Drucks in entsprechenden Einheiten oder ein in irgendwelchen willkürlichen
und zweckmäßigen Einheiten dimensionierter Wert sein. Eine solche Dimensionierung
kann linear oder nichtlinear erfolgen. Eine bevorzugte Beziehung zwischen dem angezeigten
Wert und dem Druck ist wie folgt:
Handsteuerungswert
Druckwert (psig)
00
<0,l6
05
0,16
10
0,18
15
0,20
20
0,22
25
0,24
30
0,26
35
0,28
40
0,30
45
0,32
50
0,34
55
0,36
60
0,38
65
0,40
70
0,42
75
0,44
80
0,47
85
0,50
90
0,55
95
0,60
100
0,65
Alternativ kann eine lineare Beziehung zwischen dem angezeigten Wert
und dem Druck verwendet werden, wobei der Null-Druck einer Null-Anzeige entspricht
und ein Maximaldruck von 0,65 psi einem angezeigten Wert von 100 entspricht.
Unter Bezugnahme auf 23d prüft der
Basisprozessor 162, wenn eine Einstellung im Gange ist, ob die veranschlagte
Füll/Entleer-Periode beendet ist, 658. Wenn nicht, überprüft
das Programm, ob seit der Druckmessung 3 s verstrichen sind. Wenn 3 s verstrichen
sind, misst der Prozessor den Druck 660 wie oben beschrieben. Der Ist-Druck
wird mit dem Soll-Druck verglichen, 662. Liegt der berechnete Druck innerhalb
von 0,01 psi des Soll-(Ziel)-Drucks, kehrt der Basisprozessor 162 zur Hauptschleife
zurück, 606, da keine Einstellung mehr vorgenommen wird. Liegt der
Druck nicht innerhalb von 0,01 psi des Soll-Drucks, stellt der Basisprozessor
162 einen Zeitgeber neu ein, um 3 s zu zählen, und kehrt in Schritt
606 zur Hauptschleife zurück. Alternativ zur Überprüfung
des Drucks alle 3 s während einer aktiven Einstellung kann der Gegendruck bei
offenen Ventilen 338, 340 überwacht werden. Dieser Gegendruck
kann vom Hersteller in Wechselbeziehung zu einem bestimmten Druck der Bälge
30, 32 bei geschlossenen Ventilen 338, 340 gebracht
werden. Dann könnte der Druck bei geschlossenen Ventilen 338,
340 nach Beendigung des Einstellprozesses zur Überprüfung des
endgültigen Einstellwerts überprüft werden.
Ist die veranschlagte Aufblas/Entleer-Periode in Schritt
658 beendet, wird der aktuelle Druck in Schritt 662 mit dem oben
beschriebenen Verfahren berechnet. Als nächstes wird bestimmt, ob eine weitere
Einstellung notwendig ist, 663. Wenn keine weitere Einstellung notwendig
ist, kehrt der Basisprozessor 162 zur Hauptschleife zurück,
606. Wird in Schritt 663 festgestellt, dass eine weitere Einstellung
notwendig ist, setzt der Basisprozessor 162 eine neue Einstellanforderung
auf unerledigt, 664, und vermerkt eine Überschwingung der vorherigen
Einstellung, 665, bevor er mit der Hauptschleife weitermacht,
606.
Wenn die Einstellung dreimal hintereinander zu stark aufbläst
und dann zu stark entleert (oder umgekehrt), beendet die Basiseinheit die Einstellung,
auch wenn der aktuelle Druck nicht innerhalb von 0,01 psi des Soll-Drucks liegt.
Auch wenn die Basis einen identischen Druck von mindestens 0,35 psi beim Aufblasen
einer Kammer abliest, bestimmt der Basisprozessor 162, dass eine „Stillstand-"Bedingung
besteht, und beendet die Einstellung.
Um das Risiko einer Überhitzung des Motors 152 zu verringern,
bringt das Programm für den Basisprozessor 162 ein Wärmemodell
des Motors 152 zum Einsatz. Bei dem Modell wird die folgende Beziehung
der Temperatur über Umgebungstemperatur zur Zeit angenommen:
T = Tasympt + Ce(–kt).
Tasympt hängt von der Motorgeschwindigkeit ab. k hat
einen Wert von 0,002, wenn der Motor abgeschaltet ist, und einen
Wert von 0,006, wenn der Motor eingeschaltet ist. Für kleine Zeitschritte führt
diese Gleichung zu folgender Differenzengleichung:
T(n+1) = T(n) + k·&Dgr;t·(Tasympt – T(n)),
was die Beziehung zwischen der Temperatur zum Zeitpunkt n, T(n), und der der Temperatur
zum Zeitpunkt n+1, T(n+1), zeigt. Ist der Motor 152 abgeschaltet, benutzt
das Programm einen Wert &Dgr;t = 15 s. Ist der Motor 152 eingeschaltet,
beträgt &Dgr;t 21 s.
Wenn das Wärmemodell des Programms veranschlagt, dass die Temperatur
170° über der Umgebungstemperatur übersteigt, setzt der Basisprozessor
162 eine Markierung im RAM, schaltet den Motor mit niedriger Geschwindigkeit
ein, um die Kühlung zu erleichtern, und verweigert den Beginn einer weiteren
Einstellung, bis die veranschlagte (Modell-)Temperatur auf unter 120° über
der Umgebungstemperatur absinkt. Die Ventile 338, 340 werden dann
während des Kühlprozesses geschlossen, wenn der Basisprozessor nicht
162 bestimmt, dass eine nützliche Einstellung bei geöffneten
Ventilen 338, 340 mit der Motorgeschwindigkeit während der
Kühlung vorgenommen werden kann. Fällt die Temperatur auf unter 120°,
entfernt das Programm die Markierung und akzeptiert wieder Einstellanforderungen.
Ist die Markierung bei Einschalten der Basiseinheit 44 gesetzt, dann initialisiert
die Software der Basiseinheit die Temperatur auf 170° über Umgebungstemperatur,
schaltet den Motor auf niedrige Geschwindigkeit, um die Kühlung zu erleichtern,
und verweigert den Beginn einer Einstellung, bis die veranschlagte Temperatur auf
unter 120° fällt.
Unter Bezugnahme auf 23e wird, wenn der
Basisprozessor 162 feststellt, dass eine Einstellanforderung unerledigt
ist, zuerst der Ist-Druck in Schritt 666 berechnet wie oben beschrieben.
Der Ist-Druck wird mit dem Soll-Druck verglichen, 668. Liegt der Ist-Druck
innerhalb von 0,01 psi des Soll-Drucks, ist keine Einstellung notwendig,
670, und das Programm fährt in der Hauptschleife fort, 606.
Ist die Differenz größer als 0,01 psi, wird festgestellt, ob in Schritt
672 eine Füllung oder Entleerung notwendig ist.
Wird festgestellt, dass eine Füllung notwendig ist, bestimmt
der Basisprozessor 162 die entsprechende Motorgeschwindigkeit,
674. Beim Füllen ausgehend von einem Druck unter 0,40 psig wird der
Motor mit mittlerer Geschwindigkeit gefahren. Beim Füllen ausgehend von einem
höheren Druck wird der Motor mit hoher Geschwindigkeit gefahren. Der Basisprozessor
162 berechnet als nächstes eine Schätzung der erforderlichen
Zeit bis maximal 256 s in Schritt 676. In diesem Schritt wird die Zahl
außerdem in einem 8-Bit-Zähler gespeichert.
Dann wird die motorbetriebene Pumpe 152 in Schritt
678 gestartet. Wann immer das Programm den Motor für eine Einstellung
zuschaltet, wird der Motor mit niedriger Geschwindigkeit gestartet bei schrittweisen
Erhöhungen der Geschwindigkeit alle zwei Sekunden, bis die erforderliche Geschwindigkeit
erreicht ist. Der Motor wird mit insgesamt fünf Geschwindigkeiten gefahren.
Niedrig, mittel und hoch sind die Primärgeschwindigkeiten, d.h. sie werden
als endgültige Zielgeschwindigkeiten verwendet. Niedrig-mittel und mittel-hoch
wird nur herangezogen, um den Übergang zwischen den Primärgeschwindigkeiten
sanfter und daher weniger hör- und störbar zu gestalten. Wenn der Motor
die entsprechende Geschwindigkeit erreicht, wird das der betreffenden Kammer entsprechende
Magnetventil 338, 340 in Schritt 680 geöffnet. Ist
die Einstellung im Gange, kehrt das Programm zur Hauptschleife zurück,
606.
Wird festgestellt, dass eine Entleerung notwendig ist, wird die Motorgeschwindigkeit
in Schritt 682 festgestellt. Beim Entleeren ausgehend von einem Druck unter
0,40 psig ist der Motor abgeschaltet. Beim Füllen ausgehend von einem höheren
Druck läuft der Motor bei niedriger Geschwindigkeit. Dann berechnet der Basisprozessor
162 einen Schätzwert für die für eine Einstellung erforderliche
Zeitmenge bis zu einem Maximum von 256 s, 684. Der Motor wird, wenn notwendig,
in Schritt 686gestartet. Wenn der Motor die entsprechende Geschwindigkeit
erreicht, wird das der betreffenden Kammer entsprechende Magnetventil
338, 340 in Schritt 688 geöffnet. Ist die Einstellung
im Gange, kehrt das Programm zur Hauptschleife zurück, 606.
Bläst die Basiseinheit 44 gerade eine Luftkammer
30, 32 auf, liest sie den Druck etwa eine halbe Sekunde nach Öffnen
des Ventils ab, um den Gegendruck zu messen. Es ist notwendig, eine halbe Sekunde
zu warten, um eine stabile Gegendruckablesung zu erhalten. Errechnet der Basisprozessor
162 einen Druck von weniger als 0,15 psi, stellt er fest, dass die Basiseinheit
44 nicht an einen Luftbalg 30, 32 angeschlossen ist und
beendet die Einstellung.