DE10325800A1

DE10325800A1 - Sensor zur Erfassung der Position einer mechanischen Kraftübertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10325800A1
Application number: DE10325800A
Authority: DE
Inventors: Oliver Sczesny; Frank Schmidt; Andreas Schneider
Original assignee: Enocean GmbH
Current assignee: Enocean GmbH
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2005-01-05
Also published as: US7698093B2; US20120004885A1; US8112244B2; US20070075852A1; US8793100B2; US20100198551A1; EP1631792A1; WO2004109236A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur drahtlosen Ermittlung einer Position (4, 5, 6) einer mechanischen Kraftübertragungsvorrichtung (2a), mit zumindest einer Speichereinrichtung (11) zur Speicherung elektrischer Energie, zumindest einem Sensorelement (10), das die Position detektiert und von zumindest einer Sensorelektronik (7), zumindest einen Funksender beinhaltend, überwacht wird, wobei zumindest eine photovoltaische Energieversorgungseinrichtung (8), die Speichereinrichtung (11) mit elektrischer Energie versorgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erfassung der Position einer mechanischen Kraftübertragungsvorrichtung.
Sensoren zur Erfassung der Position einer mechanischen Kraftübertragungsvorrichtung werden beispielsweise bei Fenstern verwendet, über deren Verriegelungszustand, zum Beispiel einer Alarmanlage oder einer Anlage zur Gebäudeautomatisation, ein Signal zu übermitteln ist. Dies betrifft zum Beispiel die Voraussetzung zur scharfschaltung von Alarmanlagen, die erfordert, daß alle Fenster und Türen sich in einem geschlossenem und verriegeltem Zustand befinden müssen. Ein weiteres Beispiel ist die Nutzung des Verriegelungszustands eines Fensters zur Regelung von Raumheizungen, die bei entriegelten oder geöffneten Fenstern zum Beispiel die Zufuhr von weiterer Heizenergie für diesen Raum beenden oder zumindest einschränken. Darüber hinaus sind ein Vielzahl anderer Anwendungsbeispiele denkbar bei denen eine Erfassung und/oder Ermittlung der Position von mechanischen Kraftübertragungsvorrichungen vorteilhaft ist.
Sensoren, die sich für die oben genannten Anwendungsbereiche eignen, sind häufig mit elektronischen Schaltungen versehen, die eine Information über ein Funksignal an eine entfernte Auswerteeinrichtung übermitteln. Damit wird der Installationsaufwand durch die Einsparung von elektrischen Zuleitungen zur Versorgung der "Funksensoren" mit elektrischer Energie vermindert. Nachteilig daran ist, der damit steigende Wartungsaufwand, da in regelmässigen Zeitabständen die durch Batterien realisierte Versorgung mit elektrischer Energie erneuert werden muß. Ein weiterer Nachteil ist, die Problematik einer späteren Nachrüstung mit solchen "Funksensoren". Diese sind durch die Verwendung von Batterien als Energieversorgung meist nicht nachträglich verdeckt anbringbar. Ein Beispiel dafür sind Sensoren der oben genannten Art bei Fensterrahmen, beziehungsweise Fensterhebeln.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der oben genannten Art vorzusehen, die gegenüber den bekannten Vorrichtungen, ohne den Installationsaufwand oder den Wartungsaufwand zu erhöhen, auch nachträglich verdeckt anbringbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur drahtlosen Ermittlung einer Position einer mechanischen Kraftübertragungsvorrichtung, mit zumindest einer Speichereinrichtung zur Speicherung elektrischer Energie, zumindest einem Sensorelement das die Position detektiert und von zumindest einer Sensorelektronik, zumindest einen Funksender beinhaltend, überwacht wird, wobei zumindest eine photovoltaische Energieversorgungseinrichtung, die Speichereinrichtung mit elektrischer Energie versorgt.
Die photovoltaische Energieversorgungseinrichtung, beispielsweise eine Solarzelle, ermöglicht dabei in vorteilhafter Weise, räumlich wesentlich kleinere Speichereinrichtungen, da durch die Solarzelle stets, beim Vorhandensein von ausreichend Licht, die Speichereinrichtung geladen wird. Die Kapazität der Speichereinrichtung kann demzufolge kleiner gewählt werden, die bauliche Größe vermindert sich damit deutlich.
Die kleinere Baugröße der Speichereinrichtung, beinhaltet ihrerseits den Vorteil einer Nachrüstbarkeit der Vorrichtung in die zum Beispiel um Fenstergriffe angeordneten Blenden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht eine Timerschaltung vor, die in vorbestimmten Zeitabständen die Sensorelektronik aktiviert. Damit sind die energieverbrauchenden Komponenten der Vorrichtung zeitweise ausser Betrieb. Dies führt zu einem geringerem Energiebedarf gegenüber einer ununterbrochenen Betriebsweise. Vorteilhafterweise ist in einer weiteren Ausführungsform der Zeittakt, beziehungsweise der Zeitabstand der Aktivierung einstellbar, so daß eine annähernd permanente Übertragung der Sensorinformation darstellbar ist. Für verschiedene Anwendungsfälle, ist dies unverzichtbar, da eine ständige Information über die Position eines Hebels erforderlich ist. Diese weitere Energieeinsparung bewirkt eine noch kleinere Bauform der Speichereinrichtung, so daß die gesamte Vorrichtung kleiner und damit leichter nachträglich verdeckt montierbar ist.
Ist der verdeckte Montageort der Vorrichtung eine Blende zum Beispiel eines Fenstergriffes, so ist dort die Solarzelle ausserhalb der Blende anbringbar, wobei eine Verbindung mit der Speichereinrichtung vorzusehen ist. Es ist daher vorteilhaft die Solarzelle in die Blende derart zu integrieren, daß diese von aussen nicht versehentlich entfernt oder zerstört werden kann.
Als Speichereinrichtungen eignen sich verschiedene Prinzipien. Es ist für die Funktion der Vorrichtung von untergeordneter Bedeutung, welchem Prinzip die Speichereinrichtung entspricht. Vordringlicher ist die Größe der Speichereinrichtung, die ausreichend klein sein sollte, damit in Blenden oder anderen nicht näher beschriebenen Hohlräumen, in der näheren Umgebung einer mechanischen Kraftübertragungseirichtung wie zum Beispiel eines Hebels, zum Beispiel eines Fensterhebels, eine verdeckte Montage der Vorrichtung machbar ist.
Desweiteren ist die Kapazität der Speichereinrichtung so zu wählen, daß während Dunkelphasen, während derer die Solarzelle keine Energie liefert ausreichend Energie zur Verfügung steht. So eignen sich Speichereinrichtungen wie zum Beispiel elektrische Kondensatoren ebenso wie elektrochemische Akkumulatoren.
Die Detektion der Postition der mechanischen Kraftübertragungsvorrichtung erfolgt mittels eines magnetsensitiven Sensors, bzw. eines Magnetfelddetektors. Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform die einfache Nachrüstbarkeit, da ein oder mehrere kleine Magnete, an einer mechanischen Kraftübertragungsvorrichtung zum Beispiel einer Welle des Hebels einfach anbringbar sind. Vorteilhaft ist an den Endlagen der mechanischen Kraftübertragungsvorrichtung zum Beispiel des Hebels an den entsprechenden Punkten der Magnetfelddetektor angeordnet. Liegt ein Magnet gegenüber eines Magnetfelddetektors, so spricht dieser an, und übermittelt diese Information an die Sensorelektronik. Die Sensorelektronik übermittelt diese Information mittels eines Funksignals an eine entfernte Auswerteeinrichtung. Diese Auswerteeinrichtung ist nicht Teil der Erfindung und aus diesem Grunde hier nicht weiter beschrieben.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt einen Rahmenausschnitt eines Fensterrahmens mit einer mechanischen Kraftübertragungsvorrichtung zum Beispiel einem Hebel, verbunden mit einer Wellem, der mit einer Vorrichtung nach dem vorgenannten Prinzip ausgestattet ist.
Der Fensterrahmen 1, der hier mittels eines Ausschnitts symbolisch angedeutet ist, enthält einen Hebel 2, der mittels einer Welle 2a, die in eine Verriegelungsmechanik eingreift, die Bewegung des Hebels 2 auf die Verriegelungsmechanik überträgt. Demzufolge ist die Position des Fensterhebels ein Indiz für die Position der Verriegelungsmechanik.
Unter einer, um die Welle 2a des Fensterhebels 2, angeordneten Blende 3 sind Komponenten der hier beschriebenen Vorrichtung angeordnet. Die kompakte und kleine Bauweise der einzelnen Komponenten ermöglicht die Anordnung innerhalb der vorge nannten Blende. Mit der Anordnung in der Blende ist eine einfache und zugleich verdeckte Montageanordnung realisierbar.
Eine Solarzelle 8 ist in dem oberen Abschnitt der Blende 3 angeordnet, wobei die Blende 3 mit einem Ausschnitt versehen ist, durch den Licht auf die Solarzelle 8 treffen kann. Alternativ ist dieser Ausschnitt auch mit einer transparenten Schicht ausfüllbar, um die Solarzelle 8 vor mechanischer Beschädigung zu schützen.
Die Solarzelle 8 ist mit einer, im unteren Abschnitt der Blende 3 dargestellten, Speichereinrichtung 11 verbunden. Diese speichert die von der Solarzelle 8 gelieferte elektrische Energie. Beispielhaft eignen sich als Speichereinrichtung sowohl elektrochemische Akkumulatoren oder elektrische Kondensatoren.
Die Speichereinrichtung 11 ist ihrerseits verbunden mit einer Timerschaltung 12, die in vorbestimmten Zeitabständen, die ebenfalls mit ihr verbundene, Sensorelektronik 7 mit elektrischer Energie versorgt. Dabei enthält die Sensorelektronik 7 einen Funksender, der ein Funksignal absendet. Die Zeitabstände, in denen die Timerschaltung 12 die Sensorelektronik 7 mit elektrischer Energie versorgt sind einstellbar. so daß ein optimierter Arbeitspunkt der gesamten Vorrichtung einstellbar ist. Zur Beurteilung eines optimalen Arbeitspunktes der gesamten Vorrichtung sind verschiedene Parameter zu beachten:

• die Menge des zur Verfügung stehenden Lichtes,
• die Größe des zur Verfügung stehenden Montageortes,
• die Häufigkeit der Sendeereignisse an eine entfernte Auswerteeinrichtung,
• usw.

Die Sensorelektronik 7 ist ihrerseits wiederum verbunden mit Sensoren 10. Als Sensoren 10 eigenen sich Magnetfelddetekto ren oder magnetbetätigte Reedkontakte. Die Sensoren 10 sind um eine Welle 2a herum angeordnet und schalten, wenn ein an der Welle 2a angeordneter Dauermagnet 9 ihnen gegenüber steht. Durch die Drehung der Welle 2a bei einer Betätigung des Hebels 2a ist so die Position des Hebels ermittelbar.
Bei Betätigung des Fensterhebels 2 erfolgt ein Schaltvorgang an einem der Sensoren 10, wodurch die Sensorelektronik 7 alternativ zur Timerschaltung 12 aktivierbar ist. Die Sensorelektronik 7 sendet die Position des Fensterhebels 2 zusammen mit einer Identifikationsnummer der Vorrichtung per Funk an die entfernte Auswerteeinrichtung.
Weiterhin ist die Timerschaltung 12 sehr stromsparend ausgeführt. Die Timerschaltung 12 aktiviert in festen oder variablen Zeitabständen automatisch ebenfalls die Aussendung der Position des Fensterhebels 2 sowie die Identifikationsnummer der Vorrichtung durch die Aktivierung der Sensorelektronik 7. Auf diese Weise ist eine fortlaufende Fensterhebelüberwachung realisierbar.
In einer, nicht dargestellten, entfernten Empfangs- und Auswerteeinheit werden die Funksignale aller im Erfassungsbereich befindlichen Vorrichtung gemäß des oben genannten Prinzips empfangen und ausgewertet. Damit ist eine weitere Aktion auslösbar, zum Beispiel an einer Heizungsregelung, ein Alarm oder eine Informierung des Bewohners über ein Display, eine Einspeisung der Information in ein Gebäudeautomatisationssystem.
Zur Vermeidung von Fehlsignalen beziehungsweise zur Umgehung von Funkstörungen, sind folgende Redundanzmaßnahmen in der Funkübertragung und der Auswertung der Funksignale ergriffen.

• Mehrfachaussendung der Information bei jeder Übermittlung mit festen Pausen sowie Pausen, die variabel (z.B. zufallsgesteuert) sind,
• Kurzzeitige Erhöhung der Sendeaktivität bei Zustandsänderung des Fensterhebels 2,
• Plausibilisierung von Systemstörungen durch Abwarten mehrerer Signale im Falle des Ausbleibens der automatisch ausgesendeten Statustelegramme.

Das vorhergehend dargestellte Ausführungsbeispiel betrifft einen Fensterhebel an einem Fensterrahmen. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich jedoch nicht nur für Fensterhebel an Fensterrahmen, sondern eignet sich auch für zahlreiche andere mechanische Hebel. Alle Anwendungsfälle, die eine automatisierte Ermittlung von Hebelpositionen erfordern, wobei diese an eine entfernte Auswerteeinrichtung zu übertragen ist, und wobei die Montage auf kleinstem Raum möglicherweise nachträglich gewünscht ist, wobei die Montage auch in verdeckter Form erfolgen soll.

1: Fensterrahmen-Ausschnitt
2: Fensterhebel
2a: mechanische Kraftübertragungsvorrichtung
3: Blende
4: Bewegungsspielraum des Betätigungsgriffes, hier z.B.
5: "offen"
6: "geschlossen"
4: "angekippt"
7: Sensorelektronik
8: Solarzelle
9 + 10: Meßfühler, bestehend z.B. aus
9: Magnet und
10: magnetsesitiver Sensor

Claims

Vorrichtung zur drahtlosen Ermittlung einer Position (4, 5, 6) einer mechanischen Kraftübertragungsvorrichtung (2a), mit zumindest einer Speichereinrichtung (11) zur Speicherung elektrischer Energie, zumindest einem Sensorelement (10) das die Position detektiert und von zumindest einer Sensorelektronik (7), zumindest einen Funksender beinhaltend, überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine photovoltaische Energieversorgungseinrichtung (8), die Speichereinrichtung (11) mit elektrischer Energie versorgt.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Betätigung eines Sensorelementes (10) die Sensorelektronik (7) aktiviert.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Timerschaltung (12) mit der Speichereinrichtung (11) verbunden ist und die Sensorelektronik (7) in vorbestimmten oder vorbestimmbaren Zeitabständen aktiviert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die photovoltaische Energieversorgungseinrichtung (8) in eine Blende (3) einer mechanischen Kraftübertragungsvorrichtung (2a) eingebettet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (11) ein elektrischer Kondensator und/oder ein elektrochemischer Akkumulator ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (10) ein Magnetfelddetektor, vorzugsweise ein magnetbetätigter Reedkontakt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement an einer Endlage der mechanischen Kraftübertragungsvorrichtung (2a) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kraftübertragungsvorrichtung (2a) einen magnetischen Bereich aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kraftübertragungsvorrichtung (2a) ein Hebel und/oder eine Welle und/oder ein Rad und/oder eine Stange, zum Beispiel eine Pleuelstange und/oder ein Kolben ist.