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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Scharnier zur schwenkbaren Befestigung eines Klappenelements an einem Rahmenelement, enthaltend
- a) einen ersten Scharnierflügel zum Befestigen des Scharniers an dem Rahmenelement,
- b) einen zweiten Scharnierflügel zum Befestigen des Scharniers an dem Klappenelement und
- c) ein Scharniergelenk, welches den zweiten Scharnierflügel um eine Schwenkachse schwenkbar mit dem ersten Scharnierflügel verbindet.
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Stand der Technik
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Scharniere verbinden ein Klappenelement, wie beispielsweise eine Tür, ein Fenster oder eine Gehäuseklappe, um eine Achse schwenkbar mit einem Rahmenelement, z. B. einem Tür- oder Fensterrahmen oder einem Gehäuse. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise eine Öffnung durch ein Schwenken des Klappenelements um die Achse öffnen oder schließen. Dazu enthalten Scharniere üblicherweise zwei Scharnierflügel, mit denen das Scharnier jeweils an dem Rahmenelement und dem Klappenelement befestigt wird. Die Scharnierflügel sind durch ein Scharniergelenk um eine Achse schwenkbar miteinander verbunden. Häufig wird das Scharniergelenk durch jeweils eine oder mehrere Buchsen der beiden Scharnierflügel und einem in den Buchsen angeordneten Zapfen gebildet.
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Gelegentlich wird zwischen Scharnieren und Bändern insofern unterschieden, als dass bei Scharnieren die Scharnierflügel nicht ohne weiteres trennbar sind, während Bänder eine Trennung der auch als Bandteile bezeichneten Scharnierflügel zulassen. Beispielsweise ermöglicht ein Türband ein Aushängen einer Tür. Im Folgenden werden der Einfachheit halber mit dem Begriff „Scharnier” sowohl Scharniere als auch Bänder bezeichnet.
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Immer wieder wird eine Erfassung einer Schwenkung des mit Scharnieren befestigten Klappenelements erwünscht, um eine Signalisierung oder eine andere Funktion auszulösen. Beispielsweise kann auf diese Weise bei einem Öffnen einer Zugangstür ein Signal bzw. Alarm ausgelöst oder bei einem Öffnen einer Schutzhaube für eine motorisierte Anlage ein Stoppen der Anlage durchgeführt werden. Neben Schaltern, welche bei einem Kontakt des Klappenelements mit dem Rahmenelement betätigt werden, sind auch elektrische Schalter bekannt, die in einem Scharnier integriert sind.
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Bei diesen sogenannten Schalterscharnieren wird mittels einer mechanischen Vorrichtung in dem Schaltscharnier bei einem Schwenken des einen Scharnierflügels gegenüber dem anderen Scharnierflügel ein beim Scharnier vorgesehener elektrischer Schalter betätigt. Die mechanische Vorrichtung verwendet dabei einen ersten Scharnierflügel als Referenz oder Bezug für eine Drehstellung des zweiten Scharnierflügels gegenüber dem ersten.
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In der
DE 20 2006 018 746 U1 wird ein solches Scharnier mit eingebautem Sicherheitsschalter beschrieben. Ein erster Scharnierflügel weist einen Kopf mit einem nockenförmigen Profil in der Schwenkachse eines Scharniergelenks des Scharniers auf. Ein zweiter Scharnierflügel enthält einen Schalterkörper mit einem elektrischen Schalter und einem Betätigungsstift. Der Betätigungsstift steht mit seinem äußeren Ende in Eingriff mit dem nockenförmigen Profil und wirkt mit seinem Ende innerhalb des Schalterkörpers auf den Schalter ein.
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In einer Stellung des Scharniers, bei dem das Klappenelement bezüglich des Rahmenelements geschlossen ist, greift der Betätigungsstift des zweiten Scharnierflügels in eine Ausnehmung des nockenförmigen Profils des ersten Scharnierflügels ein. Dadurch wird der Schalter zu einer ersten Schalterstellung betätigt. Bei einer Drehung des Klappenelements und somit einer Drehung des ersten Scharnierflügels gegenüber dem zweiten Scharnierflügel wird auch das nockenförmige Profil gegenüber dem Betätigungsstift verdreht. Der Betätigungsstift wird aus der Ausnehmung heraus und in den Schaltkörper hineingeschoben, wodurch der Schalter zu einer zweiten Schalterstellung betätigt wird.
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Nachteilig an den beschriebenen Scharnieren mit einem Schalter ist der Umstand, dass bei beiden Scharnierflügeln entsprechende mechanische Mittel vorgesehen sein müssen, mit denen eine Drehung der Scharnierflügel erfasst und ein Schalter geschaltet wird. Die mechanischen Mittel verursachen einen erhöhten Herstellungsaufwand und unterliegen den üblichen mechanischen Verschleißerscheinungen, wodurch eine kostenträchtige Wartung notwendig wird, um Fehlfunktionen beim Schalten zu vermeiden. Ferner lassen sich vorhandene Scharniere nur sehr umständlich für ein Auslösen eines Schaltvorganges bei einer Drehung der Scharnierflügel zueinander nachrüsten.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und bei einem Scharnier eine Erfassung einer Schwenkung mit möglichst einfach am Scharnier anzuordnenden und verschleißarmen Mitteln zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Scharnier der eingangs genannten Art mit einem ersten Scharnierflügel zum Befestigen des Scharniers an dem Rahmenelement, einem zweiten Scharnierflügel zum Befestigen des Scharniers an dem Klappenelement und einem Scharniergelenk,
- d) der zweite Scharnierflügel mindestens einen Bewegungssensor und/oder Drehwinkelsensor zum Erfassen eines Schwenkens des zweiten Scharnierflügels ohne Referenz zum ersten Scharnierflügel oder dem Rahmenelement enthält.
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Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, zur Erfassung einer Drehung des zweiten Scharnierflügels und somit des Klappenelements einen Bewegungssensor oder Drehwinkelsensor zu benutzen, welcher ohne Bezug bzw. Referenz zum ersten Scharnierflügel oder dem Rahmenelement eine Drehung ermittelt. Dazu können beispielsweise bei der Schwenkung auftretende Kräfte oder ein allgemeiner, an vielen Orten oder global vorliegender, externer Bezug verwendet werden. Entsprechende Sensoren stehen in ausreichend kleiner Bauform preisgünstig zur Verfügung. Der erste, am Rahmenelement befestigte Scharnierflügel bewegt sich bei einer Schwenkung nicht. Die erfasste Drehung des zweiten Scharnierflügels gegenüber einem externen Bezug oder einem Inertialsystem stellt somit auch die Drehung des zweiten Scharnierflügels gegenüber dem ersten Scharnierflügel dar.
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Oben genannte Bewegungssensoren oder Drehwinkelsensoren lassen sich unkompliziert am zweiten Scharnierflügel anordnen. Insbesondere sind keine aufwendigen Mittel, wie z. B. mechanische Mittel, an den Scharnierflügeln oder dem Scharniergelenk oder eine entsprechende Ausbildung der Scharnierflügel als Referenz zur Erfassung einer Drehung der Scharnierflügel relativ zueinander notwendig. Hierdurch werden Störungen oder Wartungsarbeiten auf Grund von Verschleißerscheinungen vermieden. Ferner wird eine einfache Nachrüstung vorhandener Scharnier für eine Erfassung einer Schwenkung eines Klappenelements ermöglicht.
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Eine vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Scharniers wird dadurch erreicht, dass ein Erdmagnetfeldsensor als Bewegungs- oder Drehwinkelsensor vorgesehen ist. Die magnetische Flussdichte des Erdmagnetfelds ist eine ortsabhängige, gerichtete Größe. Eine von der jeweiligen Schwenkposition abhängige Ausrichtung des zweiten Scharnierflügels gegenüber dem Erdmagnetfeld lässt sich mit einer Vielzahl verschiedener Magnetometer ermitteln. Dazu stehen beispielsweise Hall-Sensoren oder verschiedene magnetoresistive Sensoren, wie AMR- (anisotrope magnetoresistive), GMR- (engl. giant magnetoresistive) oder CMR- (engl. colosal magnetoresistive) Sensoren als preisgünstige Halbleitersensoren zur Verfügung. Das erfindungsgemäße Scharnier lässt sich auf diese Weise kostengünstig und zuverlässig realisieren.
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Als Bewegungs- oder Drehwinkelsensor ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt ein Erdschwerefeldsensor vorgesehen. Die Gravitationskraft der Erde ist eine gerichtete Größe, welche sich als externer Bezug zur Erfassung einer Schwenkposition des zweiten Scharnierflügels verwenden lässt. Mit entsprechenden Sensoren lässt sich eine Ausrichtung des zweiten Scharnierflügels je nach Drehung gegenüber der gerichteten Gravitationskraft ermitteln. Dazu können z. B. elektrische Neigungssensoren auf kapazitiver, konduktometrischer oder mikro-elektro-mechanischer Basis verwendet werden. Solche Erdschwerefeldsensoren erlauben ebenfalls eine preiswert und genaue Erfassung einer Schwenkung des zweiten Scharnierflügels.
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Als Bewegungs- oder Drehsensoren sind ferner in einer Ausbildung der Erfindung vorteilhaft Beschleunigungssensoren vorgesehen. Beschleunigungssensoren verwenden üblicherweise bei einer Beschleunigung auftretende Kräfte auf ein Masseelement zur Bestimmung der Beschleunigung oder der Winkelgeschwindigkeit als beschleunigte Bewegung. Aus diesen Werten lässt sich durch eine mathematische Integration ein Drehwinkel einer von dem Beschleunigungssensor und somit von dem zweiten Scharnierflügel ausgeführten Drehung ohne äußere Referenz bestimmen. Im Gegensatz zu den oben benannten Erdmagnetfeld- oder Erdschwerefeldsensoren benötigen diese Beschleunigungssensoren kein Feld als externe Referenz und ermöglich so eine Erfassung einer Schwenkung des zweiten Scharnierflügels für eine große Vielzahl verschiedener Scharniere.
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Der Beschleunigungssensor umfasst in einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung einen piezoelektrischen Sensor. Solche Sensoren benutzen den Piezoeffekt zum Messen von Kräften, wie sie bei einer Beschleunigung auftreten. Piezoelektrische Beschleunigungssensoren sind in miniaturisierter Bauweise preisgünstig im Handel erhältlich und ermöglichen eine einfache und kostengünstige Realisierung des erfindungsgemäßen Scharniers.
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Weiterhin umfasst der Beschleunigungssensor in einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfinderischen Scharniers ein mikro-elektro-mechanisches System. Ein mikro-elektro-mechanischen System (MEMS) enthält üblicherweise nur wenige Mikrometer große Silizium-Stege, deren Auslenkung bei einer Beschleunigung kapazitiv ermittelt wird. MEMS sind wegen ihrer massenhaften Anfertigung ebenfalls zu günstigen Stückpreisen im Handel erhältlich und weisen eine hohe Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Messgeschwindigkeit auf.
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Ferner umfasst der Beschleunigungssensor in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung einen optischer Kreisel. Als optische Kreisel sind beispielsweise Faserkreisel oder Laserkreisel bekannt. Diese Kreisel basieren auf dem optischen Sagnac-Effekt und enthalten vorteilhaft keine beweglichen Teile. Sie funktionieren daher sehr zuverlässig und genau. Insbesondere Faserkreisel sind zunehmend kompakter und preiswerter erhältlich. Diese Vorteile werden durch einen Einsatz eines optischen Kreisels in dem erfindungsgemäßen Scharnier für das Scharnier nutzbar gemacht.
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Bei einer Ausbildung des erfindungsgemäßen Scharniers ist der Bewegungssensor oder Drehwinkelsensor zum Erfassen einer weiteren Bewegung oder Drehung neben dem Schwenken des zweiten Scharnierflügels ausgebildet. Dafür können auch ein oder mehrere weitere Bewegungs- oder Drehwinkelsensoren vorgesehen sein. Neben einer Erfassung des Schwenkens des Klappenelements mit Hilfe des Scharniers werden auf diese Weise auch andere Bewegungen, wie beispielsweise fehlerhafte Bewegungen, ein unbefugtes Entfernen des Scharnierflügels oder des Klappenelements mit dem Scharnierflügel, oder ein Schwenken des Klappenelements um ein zweites Scharnier bei einem geöffneten ersten Scharnier (z. B. Dreh-Kipp-Fenster) vorteilhaft erfasst.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält das Scharnier ein optisches und/oder akustisches Signalisierungsmittel zum Signalisieren einer erfassten Bewegung oder Drehung. Als optisches Signalisierungsmittel kann beispielsweise eine weiße oder farbige, permanente oder blinkende, elektrische Lichtquelle verwendet werden. Das akustische Signalisierungsmittel enthält z. B. eine Sirene, einen Lautsprecher oder einen Summer zur Erzeugung eines akustischen Signals. Durch diese Maßnahme wird ein unkompliziertes und effektives Signalisieren einer erfassten Bewegung des zweiten Scharnierflügels und somit des Klappenelements an Personen in der näheren Umgebung erzielt.
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Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung wird durch Übertragungsmittel zum Übertragen von durch den Bewegungssensor oder den Drehwinkelsensor erfassten Daten an eine externe Verarbeitungs- und/oder Archivierungseinheit erreicht. Eine externe Verarbeitungseinheit oder Archivierungseinheit ist wesentlich größer dimensionierbar als eine entsprechende Einheit im Scharnier. Zudem ist eine Nutzung einer vorhandenen externe Verarbeitungseinheit oder Archivierungseinheit sowie eine Einspeisung der Daten in ein Rechnernetzwerk unkompliziert möglich. Auf diese Weise werden eine zentrale Überwachung vieler Scharniere und eine langfristige Archivierung von erfassten Daten durchführbar.
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Die Übertragungsmittel übermitteln die erfassten Daten in einer Ausgestaltung bevorzugt über eine Funk- oder Infrarotverbindung. Durch eine Funk- oder Infrarotverbindung wird eine drahtlose Übermittlung von Daten ermöglicht. Ein aufwendiges Verlegen eines Übermittlungskabels mit entsprechenden Nachteilen bezüglich des Erscheinungsbildes und der Sicherheit entfällt.
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Eine Ausbildung des erfindungsgemäßen Scharniers enthält vorteilhafterweise eine interne Energieversorgung. Als interne Energieversorgung kann beispielsweise eine Batterie, einen Akkumulator und/oder ein Solarmodul in dem Scharnier vorgesehen sein. Hierdurch wird ein umständliches und Kosten verursachendes Verlegen einer Versorgungsleitung zu einer externen Energieversorgung, z. B. ein Anschluss an ein Stromnetz, vermieden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein elektrischer Schalter vorgesehen, welcher bei einer durch den Bewegungssensor oder den Drehwinkelsensor erfassten Bewegung oder Drehung betätigt wird. Der elektrische Schalter wird in bestimmten erfassten Stellungen des zweiten Scharnierflügels bzw. des Klappenelements betätigt. Beispielsweise kann der Schalter bei jeder geöffneten Position des Klappenelements eine Stromzufuhr einer Anlage unterbrechen, um Gefahren durch die Anlage bei geöffnetem Klappenelement zu verhindern. Alternativ könnte der Schalter in jeder geöffneten Position des Klappenelements eine geschlossene Stellung einnehmen, um ein Gerät mit elektrischem Strom zu versorgen. Hierdurch ist z. B. ein Einschalten einer Alarmvorrichtung oder einer Klingel bei einem Öffnen einer Tür möglich.
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Eine vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Scharniers wird dadurch erzielt, dass das Scharniergelenk eine Buchse des zweiten Scharnierflügels und einen in die Buchse ragender, mit dem ersten Scharnierflügel verbundenen Zapfen umfasst und der Bewegungssensor oder Drehwinkelsensor teilweise oder gänzlich in der Buchse des zweiten Scharnierflügels vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ kann auch das Signalisierungsmittel, das Übertragungsmittel, die Energieversorgung oder der Schalter teilweise oder gänzlich in der Buchse des zweiten Scharnierflügels vorgesehen sind. Auf diese Weise werden der Bewegungssensor oder Drehwinkelsensor und optional die anderen genannten Komponenten sicher, unauffällig und einfach austauschbar in einem vorhandenen Hohlraum des Scharniers integriert.
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Ferner ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung das Scharnier als Tür- oder Fensterband ausgebildet ist. Die bereits erwähnten Vorzüge des erfindungsgemäßen Scharniers werden somit insbesondere auch für Türen und Fenster nutzbar. Bei Türen und Fenstern als Klappenelement lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Scharnier als Tür- oder Fensterband ein Öffnen oder ein Schließen unauffällig, effektiv und preisgünstig erfassen und überwachen.
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Weitere Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus dem Gegenstand der Unteransprüche, sowie der Zeichnung mit der dazugehörigen Beschreibung.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt in einer schematischen Prinzipskizze ein Ausführungsbeispiel eines Scharniers mit einem Bewegungs- oder Drehwinkelsensor.
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Bevorzugtes Ausführungsbeispiel
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In 1 wird mit 10 ein Scharnier bezeichnet. Das Scharnier 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Tür- oder Fensterband zum schwenkbaren Befestigen einer Tür oder eines Fensters als Klappenelement in einem Tür- oder Fensterrahmen als Rahmenelement ausgebildet. In alternativen Ausführungen kann das Scharnier 10 auch als Scharnier zum schwenkbaren Befestigen einer Haube, Klappe oder eines anderen Klappenelements an einem Rahmen oder Gehäuse vorgesehen sein.
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Das Scharnier 10 enthält einen ersten Scharnierflügel 12, einen Zapfen 14 und einen zweiten Scharnierflügel 16. Der erste Scharnierflügel 12 verfügt über eine erste Buchse 18 zur Aufnahme des Zapfens 14 und ein mit der ersten Buchse 18 verbundenes erstes Befestigungsteil 20 zur Befestigung des ersten Scharnierflügels 12 an einen in 1 nicht dargestellten Tür- oder Fensterrahmen. Das erste Befestigungsteil 20 wird auch als Bandlappen bezeichnet und enthält beispielhaft zwei Löcher 21 für Befestigungsschrauben. Es ist aber auch eine andere Anzahl von Befestigungsschrauben mit dazugehörigen Löchern 21 möglich. Neben Befestigungsschrauben können auch Stifte oder weitere Befestigungsmittel an dem ersten Befestigungsteil 20 vorgesehen sein.
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Das erste Befestigungsteil 20 kann alternativ verschieden Ausformungen einnehmen und Befestigungselemente besitzen. Insbesondere kann das erste Befestigungsteil 20 alternativ aus mehreren winklig zueinander angeordneten geraden oder gebogenen Abschnitten bestehen und bei einer Befestigung an einem Rahmen an der Rahmenoberfläche anliegen oder, z. B. bei Hohlprofilen, in den Rahmen eingreifen. Ferner ist neben einer in 1 gezeigten seitlichen Anordnung des ersten Befestigungsteils 20 zur ersten Buchse 18 auch eine Anordnung des ersten Befestigungsteils 20 zumindest teilweise in 1 ober- oder unterhalb eines Endes der ersten Buchse 18 möglich. Auch können Befestigungsmittel direkt an der ersten Buchse 18 vorgesehen sein und das erste Befestigungsteil 20 damit entfallen.
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Der zweite Scharnierflügel 16 verfügt über eine zweite Buchse 22 und über ein mit der zweiten Buchse 22 verbundenes zweites Befestigungsteil 24. Das zweite Befestigungsteil 24 wird zur Befestigung des zweiten Scharnierflügels 16 an einer in 1 nicht dargestellten Tür, einem Tor oder einem Fenster als Klappenelement verwendet. Dazu kann das zweite Befestigungsteil 24 verschieden Ausformungen einnehmen und Befestigungselemente besitzen, wie sie beispielsweise bereits weiter oben beim ersten Befestigungsteil 20 aufgezeigt wurden und entsprechend auch für den zweiten Befestigungsteil 24 gelten.
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Der Zapfen 14 greift mit seinem einen Ende in die erste Buchse 18 und mit seinem anderen Ende in die zweite Buchse 22 ein. Die erste Buchse 18 bildet zusammen mit dem Zapfen 14 und der zweiten Buchse 22 ein Scharniergelenk 26 zum Schwenken der Tür, des Fensters oder eines anderen Klappenelements um die Längsachse des Zapfens 14. Dabei dreht sich der zweite Scharnierflügel 16 um die Längsachse des Zapfens 14 gegenüber dem ersten, stationär am Rahmen befestigten Scharnierflügel 12.
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Zur Erfassung einer Drehung oder einer Schwenkposition des zweiten Scharnierflügels 16 um die Längsachse des Zapfens 14 bei oder nach einer Betätigung des Scharniers 10 ist in einem Hohlraum 28 der zweiten Buchse 22 des zweiten Scharnierflügels 16 ein Bewegungssensor oder Drehwinkelsensor 30 vorgesehen. Alternativ kann der Bewegungssensor oder Drehwinkelsensor 30 auch in einem anderen vorhandenen oder dafür vorgesehenen Hohlraum des zweiten Scharnierflügels 16 oder an einer Außenfläche des zweiten Scharnierflügels 16 angeordnet sein. Der Bewegungssensor oder Drehwinkelsensor 30 ermittelt eine Drehung oder momentane Drehwinkelposition des zweiten Scharnierflügels 16 gegenüber dem ersten Scharnierflügel 12 ohne Bezug bzw. Referenz zum ersten Scharnierflügel 12 oder zum Rahmen.
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Dazu ist der Bewegungs- oder Drehwinkelsensor 30 aus einem oder mehreren Beschleunigungssensoren gebildet, welche bei einer Beschleunigung auftretende Kräfte messen und Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitswerte in verschiedenen Raumrichtungen oder Winkelbeschleunigungs- oder Winkelgeschwindigkeitswerte bezüglich verschiedener Drehachsen als Ausgangssignal ausgeben. Als Beschleunigungssensoren können beispielsweise piezoelektrische Sensoren, mikro-elektro-mechanische Sensoren oder Faserkreisel zum Einsatz kommen. Solche Sensoren stehen in ausreichend miniaturisierter Bauweise zur Verfügung.
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Die Ausgangssignale der Beschleunigungssensoren werden an eine beim Scharnier 10 angeordnete Signalverarbeitungseinheit 32 mit einem Mikroprozessor 34 geleitet, welcher mittels einer programmierten, nummerischen Integration aus dem Ausgangssignal eine momentane Drehwinkelposition des zweiten Scharnierflügels 16 gegenüber dem ersten Scharnierflügel 12 oder einer anderen vorgegebenen Ausgangsstellung berechnet. Neben einer Drehung um die Längsachse des Zapfens 14 werden dabei auch weitere aufgetretene Drehungen oder Bewegungen erfasst. Alternativ können die Signalverarbeitungseinheit 32 oder der Mikroprozessor 34 in dem Bewegungs- oder Drehwinkelsensor 30 integriert oder bei einer externen Verarbeitungseinheit vorgesehen sein. Statt durch den Mikroprozessors 34 ist auch eine entsprechende analoge Verarbeitung der Ausgangssignale durch einen analogen Schaltkreis möglich.
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Alternativ oder zusätzlich zu den Beschleunigungssensoren kann in dem Hohlraum 28 der zweiten Buchse 22 oder einem anderen Hohlraum des zweiten Scharnierflügels 16 ein Erdmagnetfeldsensor oder ein Erdschwerefeldsensor als Bewegungs- oder Drehwinkelsensor 30 vorgesehen sein. Als Erdmagnetfeldsensor kann beispielsweise ein Hall-Sensor oder ein magnetoresistiver Sensor, wie ein AMR- (engl. anisotrope magnetoresistive), GMR- (engl. giant magnetoresistive) oder CMR- (engl. colosal magnetoresistive) Halbleitersensor verwendet werden. Der Erdschwerefeldsensor ist z. B. als elektrischer Neigungssensor auf kapazitiver, konduktometrischer oder mikro-elektro-mechanischer Basis ausgebildet.
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Diese Sensoren verwenden die gerichtete Größe des Erdmagnetfelds bzw. des Erdschwerefelds als externen Bezug, um eine Drehung des zweiten Scharnierflügels 16 gegenüber dem ersten Scharnierflügel 12 zu ermitteln. Dazu wird eine Ausrichtung des zweiten Scharnierflügels 16 gegenüber dem Erdmagnetfeld oder dem Erdschwerefeld gemessen und als Ausgangssignal an die Signalverarbeitungseinheit 32 weitergeleitet. Die Signalverarbeitungseinheit 32 bestimmt anhand des Ausgangssignals den Drehwinkel des zweiten Scharnierflügels 16 gegenüber dem ersten Scharnierflügel 12 oder einer anderen vorgegebenen Nullstellung.
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Zur Übermittlung von durch den Bewegungs- oder Drehwinkelsensor 30 oder der Signalverarbeitungseinheit 32 erfassten Daten an eine externe, in 1 nicht dargestellte Verarbeitungs- und Archivierungseinheit sind Übermittlungsmittel 36 bei dem Scharnier 10 vorgesehen. Die Übermittlungsmittel 36 umfassen eine drahtlose Schnittstelle 38, welche als Funkschnittstelle, z. B. nach einem IEEE-802.11-WLAN-Standard oder dem Bluetooth-Standard, oder als Infrarotschnittstelle, z. B. nach einem IrDA-Standard, ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich können die Übermittlungsmittel 36 auch eine kabelgebundene Schnittstelle mit einem Stecker oder einer Buchse enthalten. Eine Übermittlung von erfassten Daten ist kontinuierlich oder bei bestimmten, vorgegebenen Drehwinkelpositionen des zweiten Scharnierflügels 16 möglich. Neben einer Übermittlung von erfassten Daten ist mit den Übermittlungsmitteln 36 auch eine Übermittlung von Konfigurations- oder Steuerungsdaten von der externen Verarbeitungseinheit an die Signalverarbeitungseinheit 32 oder den Bewegungs- oder Drehwinkelsensor 30 durchführbar.
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Weiterhin enthält das Scharnier 10 ein optisches Signalisierungsmittel 40 und ein akustisches Signalisierungsmittel 42. Als optisches Signalisierungsmittel 40 ist eine weiße oder farbige elektrische Lichtquelle zur Erzeugung eines blinkenden oder permanenten optischen Signals vorgesehen. Das akustische Signalisierungsmittel 42 umfasst einen Lautsprecher, eine Sirene oder einen Summer zur Erzeugung eines akustischen Signals. Das optische und das akustische Signal sind dermaßen ausgestaltet, dass Personen in der näheren Umgebung diese unmittelbar und zuverlässig wahrnehmen.
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In dem Scharnier 10 ist ferner ein elektrischer Schalter 44 enthalten. Der Schalter ist z. B. als mechanisches Relais oder Halbleiterrelais ausgebildet. Durch eine Betätigung des Schalters 44 können externe elektrische Vorrichtungen je nach erfasster Drehwinkelposition des zweiten Scharnierflügels 16 ein- oder ausgeschaltet werden. Als externe elektrische Vorrichtung sind beispielsweise ein Klingel, eine Alarmvorrichtung oder für Personen bei freiem Zugang gefährliche Maschinen oder Anlagen denkbar.
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Eine Auslösung der Erzeugung eines optischen oder akustischen Signals durch die Signalisierungsmittel 40, 42 und eine Betätigung des Schalter 44 erfolgt durch die Signalverarbeitungseinheit 32 oder den Mikroprozessor 34 bei einer Erfassung einer vorgegebenen Drehwinkelposition des zweiten Scharnierflügels 16. Eine Auslösung ist alternativ auch direkt durch den Bewegungs- und Drehwinkelsensor 30 möglich.
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Als eine interne elektrische Energieversorgung 46 ist in dem Scharnier 10 eine Batterie, ein Akkumulator oder ein Solarmodul vorgesehen. Zusammen mit einem Akkumulator oder Kondensator als Energiespeicher ist auch eine Erzeugung von elektrischer Energie aus einer Drehbewegung des zweiten Scharnierflügels 16 gegenüber dem ersten Scharnierflügel 12, z. B. mittels eines Generators oder auf Basis des Piezoeffekts, möglich. Zusätzlich oder alternativ kann eine kabelgebundene oder induktionsbasierte externe Energieversorgung vorgesehen sein.
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Ferner enthält das Scharnier 10 mechanische und elektronische Konfigurationsmittel 48 zum Einstellen einer Ausgangs- oder Nullposition des Bewegungs- und Drehwinkelsensors 30 bezüglich des zweiten Scharnierflügels 16. Mit den elektronische Konfigurationsmittel 48 lassen sich neben einer Nullposition auch eine oder mehrere Drehwinkelpositionen des zweiten Scharnierflügels 16 vorgeben, bei denen das optischen Signalisierungsmittel 40, das akustische Signalisierungsmittel 42, der Schalter 44 oder eine Übertragung von erfassten Daten mit den Übermittlungsmitteln 36 durch die Signalverarbeitungseinheit 32, den Mikroprozessor 34 oder den Bewegungs- und Drehwinkelsensor 30 ausgelöst werden. Als mechanische Konfigurationsmittel werden insbesondere mechanische Stellmittel zum Ausrichten des Bewegungs- und Drehwinkelsensors 30 gegenüber dem zweiten Scharnierflügel 16 verwendet. Vorgegebene Drehwinkelpositionen können von der externen Verarbeitungseinheit mit den Übermittlungsmittel 36 an die elektronischen Konfigurationsmittel 48 übertragen werden.
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Der Bewegungs- und Drehwinkelsensor 30, Signalverarbeitungseinheit 32, der Mikroprozessor 34, das Übertragungsmittel 36 mit der drahtlosen Schnittstelle 38, die optischen und akustischen Signalisierungsmittel 40, 42, der Schalter 44, die Energieversorgung 46 und die Konfigurationsmittel 48 sind in diesem Ausführungsbeispiel in einem Gehäuse 50 enthalten. Das Gehäuse 50 wird teilweise oder gänzlich von dem Hohlraum 28 der zweiten Buchse 22 aufgenommen und bildet somit eine Kappe für die zweite Buchse 22. Alternativ kann das Gehäuse 50 mit den darin enthaltenen Komponenten auch in einem anderen vorhandenen oder dafür vorgesehenen Hohlraum des zweiten Scharnierflügels 16 oder an einer Außenfläche des zweiten Scharnierflügels 16 angeordnet sein. Außer dem Bewegungs- und Drehwinkelsensor 30 ist auch eine Anordnung von einzelnen oder mehreren Komponenten 32, 34, 36, 38 40, 42, 44, 46, 48 am oder im ersten Scharnierflügel 12 möglich. Dieses kann beispielsweise in einem zweiten Gehäuse erfolgen, welches teilweise oder gänzlich von der ersten Buchse 18 aufgenommen wird.
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Das Gehäuse 50 mit den darin enthaltenen Komponenten wird während einer Herstellung des Scharniers 10 oder nachträglich bei einer Montage oder während einer Verwendung des Scharniers 10 durch Anordnen in den Hohlraum 28 der zweiten Buchse 22 an dem zweiten Scharnierflügel 16 befestigt. Vor einer ersten Benutzung erfolgen zunächst mit den Konfigurationsmitteln 48 eine Einstellung einer Ausgangsposition und eine Vorgabe mindestens einer Drehwinkelposition des zweiten Scharnierflügels 16.
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Beispielsweise kann die Position des zweiten Scharnierflügels 16, bei der eine Tür als Klappenelement geschlossen ist, als Ausgangsposition eingestellt werden und vorgegeben werden, dass die optischen und akustischen Signalisierungsmittel 40, 42 bei jeder erfassten Auslenkung aus dieser Ausgangsposition durch die Signalverarbeitungseinheit 32 ausgelöst werden. Weiterhin kann vorgeben werden, dass bei einer Öffnung um z. B. mehr als 10° der Schalter 44 durch die Signalverarbeitungseinheit 32 betätigt wird und eine Stromzufuhr für eine Anlage hinter der Tür unterbrochen wird. Dabei kann neben einer periodischen oder kontinuierlichen Übermittlung der Drehwinkelposition des zweiten Scharnierflügels 16 durch die Übermittlungsmittel 36 an eine externe Verarbeitungs- und Archivierungseinheit auch eine Übermittlung von Daten, die diese Ereignisse bezeichnen, konfiguriert werden.
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Während einer Benutzung des Scharniers 10 wird anschließend kontinuierlich eine Drehwinkelposition, Drehung oder eine andere Bewegung des zweiten Scharnierflügels 16 durch den Bewegungs- oder Drehwinkelsensor 30 und die Signalverarbeitungseinheit 32 mit dem Mikroprozessor 34 erfasst und mit den vorgegebenen Drehwinkelpositionen verglichen. Sobald eine vorgegebene Drehwinkelposition erreicht wird, löst die Signalverarbeitungseinheit 32 entsprechend der Konfiguration das optische Signalisierungsmittel 40, das akustische Signalisierungsmittel 42, den Schalter 44 oder eine Übertragung von Daten mit den Übertragungsmitteln 36 aus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006018746 U1 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEEE-802.11-WLAN-Standard [0040]
