DE102005031106A1 - Fenstergriff mit Bewegungssensor, drahtloser Datenübertragung und autarker Energieversorgung - Google Patents

Abstract

Fenstergriff mit genormten Anschlussmaßen, welcher die mikrosystemische Anordnung eines Bewegungssensors, eines Mikroprozessors, einer Sende-Empfangs-Einrichtung, eines Energiespeichers und eines Systems zur regenerativen Energiezeugung beinhaltet. DOLLAR A Die Stellung des Fenstergriffs gibt dem System Informationen über den Öffnungs- und Neigungswinkel sowie den Verriegelungszustand des Fensters. Weiterhin können Informationen über Glasbruch und das Aushebeln des Fensterrahmens erfasst werden. DOLLAR A Der Sensor wird entweder über eine Solarzelle auf dem Fenstergriff oder über eine Anordnung von thermoelektrischen Elementen, die zwischen Fenstergriff und Verriegelungsmechanik platziert werden, autark mit Energie versorgt. DOLLAR A Die regenerativ erzeugte Energie kann mittels einer wieder aufladbaren Batterie über längere Zeitabschnitte "gepuffert" werden. Ebenso ist eine alternierende Stromversorgung über die jeweiligen Jahreszeiten denkbar (Solarzelle im Sommer, Thermogeneratoren im Winter). DOLLAR A Seine Daten überträgt der Sensor drahtlos an eine ebenfalls im Gebäude befindliche Alarm- und Überwachungszentrale. DOLLAR A Mit Hilfe des neuartigen Sensors können erstmals mit einem leicht zu installierendem Bauelement alle relevanten Überwachungsparameter eines Fensters, nämlich Glasbruch, Öffnen, Kippen und Verriegelung sicher erkannt und gemeldet werden. Bisher waren hierfür mehrere vereinzelte und unterschiedliche Sensorsysteme notwendig.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Fenstergriff in einer Ausführung nach den einschlägigen Baunormen und Anschlussmaßen, sowie in einer gewohnten äußeren Formgebung.
• In den Griff integriert ist ein mikrosystemisch ausgeführter Bewegungssensor, welcher die Stellung des Griffs sowie Neigung und Schwenkung des Fensterrahmens erkennt. Weiterhin erkennt der Bewegungssensor Erschütterungen der Fensterscheibe (Glasbruch und Glasschnitt).
• Mittels eines eingebauten Antennensystems mit Sende- und Empfangseinrichtungen können alle wichtigen Überwachungsparameter des Fensters und der Glasscheibe drahtlos an eine zentrale Alarmanlage übertragen werden. So kann der Sensor sowohl Glasbruch, Schnitt und Erschütterungen der Glasscheibe, sowie die Öffnung (Griffstellung entspricht 3 Uhr-Position), das Kippen (Griffstellung entspricht 12 Uhr-Position) und die Verriegelung (Griffstellung entspricht 6 Uhr-Position) eines Fensterflügels erkennen.
• Die Zwangsläufigkeit zwischen Griffstellung und Fensterposition, welche ursprünglich eine Fehlbedienung und ein Herausfallen des Fensters aus dem Rahmen verhindern sollte, liefert für den Sensor insofern zuverlässige Daten.
• Die Auflösung moderner Sensoren ist außerordentlich hoch, so dass auch Einbruchsversuche registriert werden.
• Der Sensor verfügt über eine autarke Energieversorgung. Hierzu ist der Griff mit einer zur Fensterseite hin gerichteten Anordnung von Solarzellen bestückt, die eine für den Sensor und die Elektronik nutzbare Betriebsspannung er-zeugen.
• In einer vorteilhaften Ausführung werden diese Solarzellen als flexibles Element ausgeführt, so das die dem Fenster zugewandte gewölbte Oberfläche des Griffs für die Anbringung genutzt werden kann. Flexible Solarzellen in Form plasmabeschichteter Titan- oder Edelstahlbleche sind bereits Stand der Technik.
• Während der Nacht oder längerer Phasen ohne ausreichenden Lichteinfall ist der Sensor über einen wieder aufladbaren Energiespeicher gepuffert. Der Sensor kann somit auch einige Wochen ohne Lichteinfall auskommen, beispielsweise wenn die Rolladen während eines Urlaubs geschlossen bleiben.
• Alternativ kann der Fenstergriff seine Energie aus einem zwischen dem Griff und der Fensterverriegelungsmechanik angeordnetem thermoelektrischen Element gewinnen. Mikrosystemisch ausgeführte Peltier-Elemente als Thermogeneratoren sind bereits Stand der Technik.
• Die Elemente greifen den sich zwangsläufig ergebenden Temperaturunterschied zwischen der im Rahmen integrierten Fenstermechanik (Mittelwert zwischen kühlerer Außentemperatur und wärmerer Raumtem peratur) und der weitgehend der Raumtemperatur angeglichenen Temperatur des innenliegenden Fenstergriffs ab.
• So ergeben sich beispielsweise während der Wintermonate Temperaturdifferenzen zwischen Innen – und Außentemperatur von über 18 Grad, was zu einer für die Thermoelemente nutzbaren Differenz von mindestens 9 Grad führen sollte. Ein solcher Temperaturgradient reicht aus um genügend Energie für die restlichen wärmeren Monate des Jahres im Akku zu speichern.
• Die Messdaten des Sensors werden drahtlos an eine zentrale Alarmanlage gesendet, wo sie entsprechend dem Sicherheitskonzept des jeweiligen Gebäudes weiterverarbeitet werden.
• Der Fenstergriff verfügt über eine oder mehrere zentral angebrachte Antennen, die mit Hilfe einer spezifischen Abstrahlcharakteristik einen oder mehrere im Funkverkehr vorhandene Identifikations-Elemente erfassen. Durch Bewegungen des Fensters oder des Fenstergriffs verlassen diese Identifika-tionselemente den Erfassungsbereich des zentralen Antennensystems oder verändern Ihre Signalcharakteristik derart, dass diese Bewegung am zentralen Antennensystem erkannt werden kann. Somit ist klar, dass die Kommunikation nicht mit der authorisierten Alarmzentrale stattfindet, sondern sich ein Störsender in das System eingeschaltet hat.
• Eine vorteilhafte Ausführung dieser Sensoren würde die präzise Definition einer Alarmschwelle durch einen „Teach-In-Prozeß" (d.h. das Erlernen aller Betriebszustände und die Abspeicherung der dazugehörigen Sensor- und Antennen-Signaturen) ermöglichen.
• Die Messdaten werden mittels eines Transceiver-Halbleiter-Bausteins, der vorteilhafterweise auf einer Sendefrequenz von 868 MHz funkt, übertragen.
• Die ermittelten Beschleunigungsdaten werden in Form eines Gesamtbildes erfasst und elektronisch archiviert. Diese Daten können fortlaufend über ein drahtloses Gebäudeüberwachungssystem an einen PC übermittelt und dort bildlich dargestellt werden.
• Diese Darstellung erlaubt dem Sicherheitsfachmann eine Verfolgung von Ereignisverläufen und die Einleitung entsprechender sicherheitsrelevanter Maßnahmen.
• Bei der Überwachung von Objekten muss der Schließzustand von Fenstern und ein eventueller Glasbruch sicher und zeitnah detektiert werden.
• Die heute erhältlichen Glasbruchsensoren und Magnetkontakte zur Überwachung von Fenstern und Glasflächen sind lediglich singuläre Sensoren, d.h. sie erkennen nur jeweils einen Überwachungsparameter:
• Glasbruchsensoren
• Für die Überwachung von Glasflächen gegen Durchbruch werden so genannte Glasbruchsensoren verwendet. Diese sind mit einem Spezialkleber auf der Scheibe angebracht und reagieren wie ein Mikrophon, welches auf die hohen Frequenzen eingestellt ist, die beim Brechen von Glas entstehen. Die Anpassung auf die unterschiedlichsten Glassorten und damit verbunden die Auslösecharakteristik, muss ein Fachmann vornehmen.
• Akustiksensoren
• Die Akustiksensoren reagieren – ähnlich wie die Glasbruchsensoren- auf die hohen Frequenzen, die beim Brechen einer Scheibe entstehen. Der Vorteil ist jedoch, dass diese Akustiksensoren nicht am Glas befestigt werden müssen, sondern in einem bestimmten Abstand zur Scheibe im Raum montiert werden. Somit kann ein einzelner Akustiksensor mehrere Scheiben gleichzeitig überwachen.
• Erschütterungskontakte
• Erschütterungskontakte werden ebenfalls am zu überwachenden Element (Rahmen oder Glas) befestigt und reagieren durch eine spezielle Federmechanik (heute auch mit einer elektronischen Auswertung) auf Angriffe auf dieses Element.
• Magnetkontakte
• Zur Überwachung von Fensterflügeln und Türen gegen unbefugtes Öffnen werden Magnetkontakte verwendet. Ein magnetisches Feld durch einen Rundmagneten am Flügel erzeugt, hält einen so genannten Reedkontakt in Ruhestellung, solange der Flügel geschlossen ist. Wird der Flügel nun geöffnet und das Magnetfeld des Rundmagneten wird schwächer, öffnet auch der Reedkontakt und löst somit einen Alarm aus. Gute Alarmsysteme verfügen über fremdfeld-sichere Magnetkontakte. Diese sind von außen nicht durch andere Magnetfelder in manipulativer Weise zu beeinflussen.
• Alarmglasfenster und Verriegelungssensoren
• Eine moderne Ausführung der Sensoren ist das unmittelbare Bedampfen der Glasscheiben mit elektrischen Widerstandsbahnen, sowie der Einbau eines Verriegelungssensors in die Fenstermechanik. Diese so gesicherten Fenster müssen allerdings bereits beim Bau des Objektes vorgesehen werden und sind deutlich teurer als nachträglich anzubringende Sensoren.
• Die genannten Sensoren sind aus mehreren Gründen nachteilig. Eine Schwäche ist ihre leichte Manipulierbarkeit (z.B. durch Vereisen von außen), sowie die verkabelte Signalweiterleitung, die einen kostenintensiven Einbau notwendig macht. So betragen Kosten für den Einbau des Sensors je nach Entfernung zur Alarmanlage meist ein Vielfaches des eigentlichen Sensors.
• Je nach Sicherheitsbedürfnis des Betreibers soll nicht nur Glasbruch, sondern auch der Verschluss des Elements (offen oder gekippt) erkannt werden. Dies macht weitere Kontaktsensoren notwendig, die zusätzliche Kosten verursachen. Je nach Anforderungen der Versicherung kann hier zum Erhalt einer Deckungszusage ein erheblicher Aufwand vorgeschrieben sein. Der Verband der Sachversicherer hat diesbezüglich drei Sicherheitsklassen definiert, die unterschiedlich hohe Investitionen erfordern. Ab einem gewissen Versicherungswert ist die höchste Sicherheits-Klasse (VdS C) fast immer vorgeschrieben.
• Funkbetriebene Alarmanlagen sind erst seit ca. zwei Jahren durch den VdS bis zur Sicherheits-Klasse B anerkannt, zurzeit werden die ersten Anlagen mit Klasse C zertifiziert.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die angesprochenen Probleme zu lösen.
• Die zu lösende Problemstellung für den Entwickler besteht darin, einen Sensor soweit zu miniaturisieren, dass er vom Betreiber als „Smart Handle" an jedem Fenster oder an jeder Glastüre angebracht werden kann. Dieser Sensor soll möglichst viele verschiedene Alarmparameter erfassen und seine Daten drahtlos zur zentralen Meldeeinheit übertragen. Es soll mit einfachem Werkzeug und ohne Eingriff in die vorhandene Bausubstanz anzubringen und wieder zu entfernen sein.
• Empfänger für die Überwachungsdaten ist ein PC, der die Signale automatisch in die vorhandene Alarm-Meldeeinheit integriert und gegebenenfalls eine Notfallalarmierung auslöst.
• Für diese Aufgabenstellung existieren bisher noch keine befriedigenden Lösungen. Die am Markt heute erhältlichen Systeme, beispielsweise von Bosch Sicherheitstechnik GmbH (DS 271), Siemens Fire & Security GmbH (Alarmcom) und eff eff Alarm (MS 7730), sowie entsprechende Geräte von Telenot arbeiten mit verkabelten Sensoren.
• Teilweise übertragen diese Systeme Alarmdaten über eine Funkstrecke zwischen einer in der Nähe des Fensters angebrachten Box, welche mit den Sensoren verkabelt ist und einer Empfangsstation. Keiner der am Markt erhältlichen Sensoren ist in der Lage mehrere Überwachungsparameter gleichzeitig aufzunehmen.
• In jedem Falle sind für die Überwachung eines Glaselements heute mehrere unterschiedliche Sensoren notwendig, deren Beschaffungs- und Einbaukosten zusammen bei über 300 EUR pro Element liegen. Multifunktionale Alarm-Sensoren existieren bisher nicht.
• Der generelle Lösungsweg besteht darin mehrere Sensoren zu „fusionieren", d.h. mehrere Funktionen in einem möglichst miniaturisierten Sensor zu integrieren. Aus Sicht des Erfinders besteht der „Königsweg" im Aufbau von einem genormten Fenstergriff, den der Betreiber als „Smart Handle" am Rahmen anbringt und die ihre Alarm- und Zustandsdaten drahtlos an eine digitale Alarmanlage übermitteln.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des mikrointegrierten Fenstergriffs mit einer autarken Energieversorgung und einem drahtlosen Übertragungssystems erläutert.
• 1 stellt eine schematische Darstellung der Wirkungsweise des mikrointegrierten Fenstergriffs gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Das System bzw. die Darstellung beinhaltet beispielsweise folgende Komponenten/Merkmale:
• • Glasfläche (a)
• • Fensterrahmen (b)
• • Antennensystem (c)
• • Fenstergriff (d)
• • Energiespeicher (e)
• • Bewegungsensor (f)
• • Solarzelle (g)
• • Transceiver mit Mikroprozessor und Speicher (h)
• • Schrauben (i)
• 2 stellt eine schematische Darstellung des mikrointegrierten Fenstergriffs mit einem drahtlosen Überwachungssystems gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Thermoelementen dar. Das System bzw. die Darstellung beinhaltet beispielsweise folgende Komponenten/Merkmale:
• • Glasfläche (a)
• • Fensterrahmen (b)
• • Verriegelungsmechanik (c)
• • Fenstergriff (d)
• • Micro-Peltier-Element (e)

Claims (5)

1. Mikrointegrierter Bewegungs- und Erschütterungssensor, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen und mechatronischen Systemkomponenten so stark verkleinert werden, dass sie in Form eines Fenstergriffs mit genormten Anschlussmaßen und gewohnter äußerer Formgebung integriert werden können.
2. Mikrointegrierter Bewegungs- und Erschütterungssensor nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung des Systems aus Solarzellen besteht, die in vorteilhafter Weise als flexibles Element auf der dem Fenster zugewandten Kontur des Griffs platziert wird und die ihren Strom in einem wieder aufladbaren Energiespeicher zwischenpuffert.
3. Mikrointegrierter Bewegungs- und Erschütterungssensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung des Systems aus Thermogeneratoren besteht, welche in vorteilhafter Weise als Verbindungs-Element zwischen der Verriegelungsmechanik des Fensterrahmens und dem innen liegenden Fenstergriff platziert werden und die ihren Strom in einem wieder aufladbaren Energiespeicher zwischenpuffern.
4. Mikrointegrierter Bewegungs- und Erschütterungssensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System einen Transceiver, eine oder mehrere Antennen, einen oder mehrere Prozessoren und Daten-Speicher enthält und seine erfassten Daten drahtlos an eine Alarmzentrale übermittelt.
5. Mikrointegrierter Bewegungs- und Erschütterungssensor mit einem drahtlosen Überwachungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das das System Identifikationsmerkmale der authorisierten Alarmzentrale anhand der Signalsignatur und/oder des Signalpegels an einzelnen Antennen erkennen kann.