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Stand der Technik
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Sensierende Flächenelemente werden insbesondere als Fußbodenbeläge eingesetzt und können unterschiedlichen Zielen bzw. Funktionen dienen. So kann zum einen die Anwesenheit von Objekten, insbesondere Tieren oder Menschen detektiert werden. Hierbei kann zum einen nur auf das Vorhandensein oder Fehlen eines relevanten Objektes geschlossen werden; für ein derartiges System kann in dem Flächenbereich z. B. eine Elektrode ausgebildet werden, so dass ein zu erfassende Objekt eine Gegen-Elektrode bildet und somit ein Messsignal auslöst. Bei einem derartigen System ist somit keine räumliche Auflösung bzw. Flächen-Auflösung möglich. Weiterhin kann das Flächenelement eine Vielzahl bzw. ein Netzwerk einzelner Sensorelemente aufweisen, die jeweils separat eine Anwesenheit oder Betätigung detektieren und ein Ausgangssignal mit zwei Zuständen ausgeben, d. h. „Anwesenheit erkannt” oder „keine Anwesenheit”. Ein derartiges Netzwerk von Sensorelementen ermöglicht z. B. auch die Erfassung von Bewegungen und die Detektion von Bewegungsmustern der Objekte.
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Die
WO 2009/007500 A1 zeigt ein kapazitives Sensorsystem, bei dem sich eine Sensorkapazität in Abhängigkeit der Nähe eines Objekts auflädt. Somit kann eine quantitative Erfassung erfolgen und ein Messsignal bzw. Detektionssignal mit mehr als zwei Zuständen ausgegeben werden.
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Weiterhin sind Flächenelemente bekannt, die das Gewicht bzw. die einwirkende Kraft eines Objektes messen. Neben Messwaagen, die keine räumliche Auflösung ermöglichen, sind weiterhin Netzwerke einzelner, kraftempfindlicher Sensorelemente bekannt, die eine Krafteinwirkung in räumlicher Auflösung bzw. Flächenauflösung detektieren können. Die
US 2005/0268699 A1 zeigt ein derartiges Flächenelement, bei dem einzelne Sensor-Elemente individuell und unabhängig voneinander bewegbar sind. Derartige Kraft-Sensoren geben ein Ausgangssignal ab, das sich in Abhängigkeit der einwirkenden Kraft z. B. proportional ändert. Die Anforderung an derartige Kraftsensoren mit analogem Ausgangssignal sind somit deutlich höher als bei einfachen Anwesenheitssensoren. Auch ist die elektronische Erfassung und Auswertung der Sensorsignale durch z. B. Multiplexen und Weiterleitung der Signale mit einem größeren Wertebereich schwieriger als bei im Wesentlichen binären Signalen mit zwei Ausgangszuständen. Die Komplitzität und die Kosten eines derartigen Systems sind somit deutlich höher und steigen insbesondere proportional zu der zu bedeckenden Fläche an. Daher werden derartige Kraftsensoren mit Ausgangssignalen, die einen größeren Wertebereich umfassen, im Allgemeinen in weitflächigen Anwendungen nicht eingesetzt.
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Eine relevante Anwendung dieser Flächenelemente ist in Fußbodenbelägen von Wohnbereichen für die Erfassung von älteren oder pflegebedürftigen Personen. Zur Überwachung kann zum einen die Präsenz bzw. Anwesenheit überwacht werden, wobei eine räumliche bzw. flächenmäßige Auflösung auch die Detektion für Bewegungsmustern und somit der Aktivität der Person ermöglicht und auch z. B. einen Fall der betreffenden Person ermitteln kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Flächenelement geschaffen, das mindestens einen zweiten Bereich zur Detektion der Anwesenheit eines Objektes und Ausgabe eines Messsignals mit zwei Zuständen, d. h. einem binären Signal, und weiterhin mindestens ein erster Bereich mit zweiten Sensorelementen zur quantitativen Messung, d. h. zur Ausgabe eines ersten Messsignals mit mehr als zwei Messzuständen geschaffen.
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Vorteilhafterweise ist der zweite Bereich größer als der erste Bereich. Insbesondere kann der zweite Bereich als Fußbodenbelag den Großteil eines Wohnzimmers bzw. Aufenthaltsbereichs einer Person erfassen, und der erste Bereich, der eine quantitative Messung bzw. Gewichtsmessung ermöglicht, in einem stärker frequentierten Bereich angeordnet sein, z. B. in einem Übergangsbereich zu einem Badezimmer, d. h. insbesondere vor der Zimmertür, die zu einem angrenzenden Badezimmer führt. Gegebenenfalls kann auch in anderen Bereichen, bei denen eine stärkere Präsenz anzunehmen ist, ein erster Bereich ausgelegt werden; dies kann z. B. vor Lichtschaltern oder anderen, von der Person öfter zu betätigenden Bedienelementen sein.
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Erfindungsgemäß wird erkannt, dass es grundsätzlich nicht erforderlich ist, einen Wohnbereich vollständig mit Sensoren für eine quantitative Gewichtsmessung auszustatten; insbesondere in seltener frequentierten Bereichen werden einige Sensorelemente ggf. kaum oder gar nicht betätigt. Es reicht grundsätzlich aus, dass eine aufwendigere Gewichtsmessung in stärker frequentierten Bereichen erfolgt. Somit kann das Gewicht der Person überwacht werden, da die Person sich in den stärker frequentierten Bereichen öfter aufhalten wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können die verschiedenen Bereiche zusammenhängend bzw. miteinander verbunden ausgebildet sein. Hierbei ist es insbesondere auch vorteilhaft, wenn Teile des gesamten Flächenelementes, d. h. insbesondere eines Fußbodenbelages, großflächig gemeinsam ausgelegt und benutzt werden. So kann z. B. eine obere Schicht und/oder untere Schicht des mehrschichtigen Fußbodenbelages gemeinsam ausgebildet sein. Weiterhin können auch die verschiedenen Sensorelemente zum Teil gemeinsame Strukturen aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform können die zweiten Sensorelemente z. B. Leiterbahnen auf ihrer Ober- und Unterseite aufweisen, die durch eine mittlere, isolierende Schicht getrennt sind, wobei die Sensorelemente durch Freiräume in der mittleren isolierenden Schicht gebildet sind. Bei Belastung durch die Anwesenheit einer Person wird somit eine obere mit einer unteren Leiterbahn kontaktiert; bei orthogonaler Ausrichtung der jeweils parallelen Leiterbahnen können somit Matrix-Stellen durch die Zeilennummer und Spaltennummer erkannt werden. Die Signalerfassung erfolgt somit z. B. über seitliche Leisten, die an dem zweiten Bereich angeordnet sind. Hierbei kann ein erstes Sensorelement zur quantitativen Messung z. B. durch Ausbildung eines geeigneten Materials in den Freiräumen zwischen den Leiterbahnen ausgebildet werden, so dass in Abhängigkeit der Belastung unterschiedliche, analoge Widerstandswerte ausgebildet werden; somit ist der entsprechende Spannungsabfall bzw. der jeweils fließende Strom quantitativ zu Erfassen und auszuwerten. Die Ausbildung der verschiedenen Bereiche kann hierbei weitgehend gemeinsam erfolgen, so dass die Gesamtkosten nicht deutlich erhöht sind.
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Erfindungsgemäß können auch Flächenelemente mehrerer Räume zu einem gemeinsamen System bzw. einer gemeinsamen Anordnung zusammengefasst werden, z. B. mit jeweils dezentralen Steuereinrichtungen zur Signalaufnahme der einzelnen Bereiche, wobei die dezentralen Steuereinrichtungen beim BUS-System an eine gemeinsame, zentrale Steuereinheit angeschlossen sind.
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Somit können erfindungsgemäß einige Vorteile erreicht werden. Die Gesamtkosten des Systems sind gering, da die aufwendigere, quantitative Gewichtsmessung nur in einem Teil, insbesondere kleinerem Teil des Flächenelementes erfolgt und ein größerer Teil somit durch kostengünstige Anwesenheitssensorelemente erfasst werden kann. Die Kosten können hierbei durch zum Teil standardisierte oder gemeinsame Ausbildung gering gehalten werden. Somit kann im zweiten Bereich die Erfassung und Auswertung von Bewegungsmustern, insbesondere auch die Detektion des Teils der betreffenden Person ermittelt werden und in dem ersten Bereich die quantitative Erfassung des Gewichtes erfolgen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes sensierendes Flächenelement gemäß einer Ausführungsform als oder in einem Fußbodenbelag eines Wohnbereichs;
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2 ein System aus mehreren erfindungsgemäßen Fußbodenbelägen mit modulweisem Aufbau und Sockelleisten.
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3 einen Schnitt durch ein zweites Sensorelement; und
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4 einen Schnitt durch ein erstes Sensorelement.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Gemäß 1 ist ein erfindungsgemäßes sensierendes Flächenelement 1 als Fußbodenbelag oder Teil eines Fußbodenbelags 3 ausgebildet, wie in der rechten Schnittansicht der 1 angedeutet; das Flächenelement 1 kann unter einem Fußboden-Oberbelag 2 aufgenommen sein, so dass das Flächenelement 1 und der Fußboden-Oberbelag 2 zusammen einen Fußbodenbelag 3 auf einem Untergrund 4 bilden. Der Fußboden-Oberbelag 2 kann mit dem Flächenelement 1 fest verbunden oder lose aufgelegt sein. Grundsätzlich kann das Flächenelement 1 jedoch bereits auch alleine den Fußbodenbelag darstellen.
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Der Fußbodenbelag 3 kann zusätzlich auch eine untere Schicht unterhalb des erfindungsgemäßen Flächenelementes 1 aufweisen, d. h. eine Unterlage zwischen dem Untergrund 4 und dem Flächenelement 1.
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In 1 ist ein Wohnbereich 5 gezeigt, der ganz oder im Wesentlichen mit dem Flächenelement 1 bzw. dem gesamten Fußbodenbelag 3 bedeckt ist. Eine in dem Wohnbereich 5 lebende, zu überwachende Person kann insbesondere ein älterer und/oder pflegebedürftiger Mensch sein.
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Das Flächenelement 1 ist erfindungsgemäß unterteilt in einen ersten Bereich 7, der in einem Teil des Wohnbereichs 5 verlegt ist, der von der Person häufiger frequentiert wird bzw. in dem die Person häufiger anwesend ist, z. B. in einem Durchgangsbereich zu einem anschließenden, hier nicht gezeigten Badezimmer, und einen zweiten Bereich 8, der in Teilen des Wohnbereichs 5 verlegt ist, die von der Person nur gelegentlich besucht bzw. frequentiert werden.
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Gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform schließen die Bereiche 7 und 8 des Flächenelementes 1 direkt aneinander an; insbesondere kann der Fußboden-Oberbelag 2 durchgehend beide Bereiche 7 und 8 bedecken, wozu er z. B. als durchgehendes Textilmaterial ausgebildet ist.
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Die Bereiche 7 und 8 sind jeweils als Netzwerk von Sensorelementen 10, 15 ausgelegt, wie in 1 angedeutet und detaillierter in 3 und 4 gezeigt ist.
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3 zeigt ein zweites Sensorelement 15 des zweiten Bereichs 8, das zur Detektion der Anwesenheit dient. Das zweite Sensorelement 15 dient somit funktionell als Schalter, das bei hinreichender Belastung betätigt wird. Hierzu können in dem zweiten Bereich 8 des Flächenelementes z. B. eine obere leitfähige Schicht 8-1 sowie eine untere leitfähige Schicht 8-3 ausgebildet sein, zwischen denen stellenweise eine isolierende Schicht 8-2 ausgebildet ist. In der isolierenden Schicht 8-2 sind gemäß 3 Freiräume 8-4 ausgebildet. Bei Belastung des Sensorelementes 15 durch einen gemäß dem Pfeil von oben einwirkenden Druck P bzw. eine einwirkende Kraft, werden die leitfähigen Schichten 8-1 und 8-3 im Bereich des betreffenden Freiraums 8-4 miteinander kontaktiert, wie in der gestrichelten Darstellung der 3 angedeutet ist. Somit kann bei hinreichender Druckbelastung eine Anwesenheit detektiert werden, wenn in dem Sensorelement 15 durch entsprechende Deformierung der oberen leitfähigen Schicht 8-1 die beiden leitfähigen Schichten 8-1 und 8-3 miteinander kontaktiert werden.
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Eine Lokalisierung bzw. Unterscheidung der Signale der einzelnen zweiten Sensorelemente 15 kann bei einer Matrixanordnung der zweiten Sensorelemente 15 z. B. durch eine geeignete Unterteilung der oberen leifähigen Schicht 8-1 und der unteren leitfähigen Schicht 8-3 erreicht werden, wie in 3 durch die Ausnehmung 8-5 in der oberen leitfähigen Schicht 8-1 gezeigt. Entsprechende Ausnehmungen sind auch in der unteren leitfähigen Schicht 8-3 ausgebildet, so dass in den leitfähigen Schichten 8-1 und 8-3 z. B. jeweils parallele, leitfähige Streifen ausgebildet sind, die orthogonal zueinander verlaufen und sich in den einzelnen zweiten Sensorelementen 15 kreuzen. Bei Belastung eines Sensorelementes 15 wird somit der jeweilige obere Streifen der oberen leitfähigen Schicht 8-1 mit einem unteren Streifen der unteren leitfähigen Schicht 8-3 kontaktiert. Somit kann der Ort des Sensorelementes 15 bzw. die Matrix-Stelle der Matrix-Anordnung der zweiten Sensorelemente 15 detektiert werden, wozu beispielhaft in 1 seitliche Kontaktierleisten 11 und 12 angedeutet sind, wobei z. B. die Kontaktierleiste 11 als obere Leiste die parallelen Spalten der oberen leitfähigen Schicht 8-1 aufnimmt und multiplext und entsprechend die untere Kontaktierleiste 12 zum Aufnehmen und Multiplexen der als Zeilen verlaufenden unteren Spalten der unteren leitfähigen Schicht 8-3 dient. Somit kann die Matrix-Stelle durch ihre Zeilen-Nummer und Spalten-Nummer erkannt werden.
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Ein erstes Sensorelement 10 des ersten Bereichs 7 kann grundsätzlich ähnlich wie das zweite Sensorelement 15 ausgebildet sein. 4 zeigt eine derartige Ausbildung, bei der die Schichten 7-1, 7-2 und 7-3 grundsätzlich den entsprechenden Schichten 8-1, 8-2 und 8-3 des zweiten Sensorelementes 15 aus 3 entsprechen. Anstelle eines Freiraumes ist in der mittleren Schicht 7-2 ein Materialbereich 7-4 aus komprimierbarem, elektrisch resistiven Material, d. h. Material mit definiertem elektrischem Widerstand ausgebildet. Auch bei größerer Belastung sollte somit kein Kontakt der oberen leitfähigen Schicht 7-1 und der unteren leitfähigen Schicht 7-3 erfolgen, sondern der Widerstandswert des resistiven Materialbereichs 7-4 entsprechend analog geändert werden. Derartige resestive Materialen sind als solche bekannt und werden in Fußbodenbelägen oder auch z. B. in Mikrofonen etc. verwendet.
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Weiterhin sind auch andere Ausbildungen der ersten Sensorelemente 10 möglich, z. B. mit einer quantitativen Gewichtsmessung durch eine kapazitive Wirkung, oder durch magnetische Wirkung.
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Vorteilhafterweise ist in den Bereichen 7-4 oberhalb des resistiven Materialbereichs 7-4 ein Freiraum 7-6 ausgebildet, damit die nicht belasteten Sensorelemente 10 keinen resistiven Beitrag zu der Gesamt-Messung liefern; erst ab einer gewissen Mindestbelastung kontaktiert die obere leitfähige Schicht 7-1 den Materialbereich 7-4.
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Somit können die ersten Sensorelemente 10 in einer Matrix-Anordnung wiederum – entsprechend den obigen Ausführungen zum zweiten Bereich 8 mit den zweiten Sensorelementen 15 – über Spalten und Zeilen sowie entsprechende, hier nicht gezeigte Leisten ausgelesen werden.
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Der zweite Bereich 8 liefert somit ein zweites Messsignal S2, das in räumlicher bzw. flächenhafter Auflösung die Anwesenheit einer Person zeigt; hingegen liefert der erste Bereich 7 ein erstes Messsignal S1, das ein quantitatives Signal bzw. Signal innerhalb eines Messbereichs mit mehreren Zuständen zeigt, und somit zur Gewichtsmessung dient.
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Wie in 1 angedeutet kann in dem Flächenelement 1 bereits eine gemeinsame Anschlussenrichtung 21 zur Aufnahme sowohl der ersten Messsignale S1 als auch der zweiten Messsignale S2 vorgesehen sein; diese Anschlussenrichtung 21 kann die Signale lediglich durchleiten oder auch bereits auswerten.
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2 zeigt eine Anordnung 20 für einen größeren Wohnbereich, insbesondere mit mehreren Räumen. Die Anordnung 20 weist hierfür mehrere Flächenelemente 1 gemäß 1 auf, die hier als 1-1 bis 1-m für m verschiedene Räume bezeichnet werden. Die Flächenelemente 1-1 bis 1-m weisen jeweils mindestens einen ersten Bereich 7 und ein oder mehrere zweite Bereiche 8 auf, die jeweils an eine Kopplungselektronik 18 bzw. 19 angeschlossen sind. Gemäß der gezeigten Ausbildung sind z. B. pro Raum nur ein erster Bereich 7 und ein oder mehrere zweite Bereiche 8 vorgesehen. Gegebenenfalls kann auch in einem Teil der Räume, in dem keine höhere Anwesenheit zu erwarten ist, gar kein erster Bereich 7 vorgesehen sein.
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Die ersten Kopplungselektroniken 18 nehmen somit analoge erste Messsignale S1 und die zweiten Kopplungselektroniken 19 binäre zweite Messsignale S2 auf. Beide zusammen können in jeweils einer gemeinsamen Anschlussenrichtung 21 aufgenommen sein.
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Die Kopplungselektroniken 18 und 19 können bereits als dezentrale Steuereinrichtungen zur teilweisen Datenverarbeitung, insbesondere Lokalisierung der Sensorelemente 15 bzw. 10 in den Bereichen 8 und 7 dienen. Die Kopplungselektroniken 18 und 19 sind an eine zentrale Steuereinheit 25 angeschlossen, vorzugsweise über ein BUS-System 24, z. B. einen CAN-BUS, FlexRay, LIN- oder IEEE1355-BUS. Somit können die Flächenelemente 1-1 bis 1-m aus sämtlichen Räumen über ein gemeinsames BUS-System 24 an die zentrale Steuereinheit 25 angeschlossen sein. Hierbei können die Messsignale S1 und S2 selbst, oder von den Kopplungselektroniken 18 und 19 ermittelte Signale S3 übertragen werden.
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In der zentralen Steuereinheit 25 können verschiedene Maßnahmen durchgeführt werden. So kann zum einen eine Lokalisierung des jeweiligen Sensorelementes 15 bzw. 10 erfolgen, soweit dies nicht in den dezentralen Steuereinrichtungen erfolgt ist; weiterhin können Aktivitätserkennungen durchgeführt werden, indem die zeitliche Belegung der einzelnen Sensorelemente 15 bzw. 10 detektiert und ggf. ein Bewegungsmuster zugeordnet wird, um z. B. Bewegungen von anderen Objekten, z. B. Haustieren, von der betreffenden, zu überwachenden Person zu unterscheiden, weiterhin ggf. auch einen Fall als gleichzeitige Belegung mehrerer Sensorelemente in einem größeren Flächenbereich zu erkennen, usw. Weiterhin können in der zentralen Steuereinrichtung 25 auch quantitative Auswertungen der ersten Sensorsignale S1 der ersten Sensorelemente 10, d. h. der ersten Bereiche 7 erfolgen, um Änderungen im Gewicht der überwachten Person detektieren zu können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2009/007500 A1 [0002]
- US 2005/0268699 A1 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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