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Stand der Technik:
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Bekannt sind Präsenzsensoren, die in Abhängigkeit von Personenpräsenz die Raumbeleuchtung ein und nach definierbarer Zeit wieder ausschalten. Sie sind in Leuchten integriert oder steuern als abgesetzte Sensoren handelsübliche Beleuchtungskörper. Eingesetzt werden solche Sensoren u. a. in Büroräumen, Teeküchen, Toiletten und Hausfluren.
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Der Einsatzbereich im Privatbereich ist allerdings kritisch, da mitunter keine volle Helligkeit beim Betreten eines Raumes erwünscht wird. Besonders gilt dies in Schlaf- oder Kinderzimmern, um beim Verlassen des Bettes oder Öffnen der Tür keine schlafenden Personen durch helles sich einschaltendes Zimmer- oder durch die Tür fallendes Flurlicht zu stören. Weiterhin ist es wünschenswert, beim Verlassen eines Raumes das Licht manuell ausschalten zu können.
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Aufgabe der Erfindung:
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Aufgabe der Erfindung ist es, Personen in dunklen Räumen die Orientierung zu ermöglichen, ohne einen Lichtschalter betätigen zu müssen, d. h. in dunklen Räumen automatisch Licht einzuschalten, sobald erkannt wird, dass sich in dem Raum eine Person bewegt, oder dass eine Person den Raum betreten will, wobei die Personenerkennung sowohl auf üblichen Bewegungssensoren mit PIR- oder HF-Technik als auch auf Infraschall- und Helligkeitssensoren basiert, wobei im Betrieb verschiedene Helligkeitsstufen (Helligkeitsmodi) bei der Beleuchtung ermöglicht werden, – StandBy Beleuchtung, die als Grundbeleuchtung immer vorhanden ist, – Orientierungsbeleuchtung, die eingeschaltet wird, sobald sich das Licht sensorgesteuert einschaltet – und Normallicht, i. a. die maximal zur Verfügung stehende Helligkeit, wobei die verschiedenen Modi zusätzlich zur automatischen Sensoreinschaltung, manuell durch Taster geschaltet werden können, und die einzelnen Helligkeiten der Modi unterschiedlich separat frei vorgegeben werden können.
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Die Helligkeit insbesondere des Orientierungslichts wird hierbei den jeweiligen Bedürfnissen angepasst, im Schlafzimmer i. a. dunkel, im Keller i. a. hell, kann aber optional von dem vorab eingestellten Wert abweichen, indem die Helligkeit der Umgebung berücksichtigt wird, aus der die Person einen Raum betritt. So wird bei Tageslicht, wegen der auf Tageslicht eingestellten Augen, beim Betreten des dunklen Kellers das Orientierungslicht heller gewählt als in der Nacht. Außerdem besteht die Möglichkeit, durch Taster/Schalterbetätigung manuell zwischen den Helligkeitsmodi(StandBy, Orientierung und Normalhelligkeit) zu wählen, um z. B. das Licht manuell auf Normalhelligkeit und beim Verlassen des Raumes auszuschalten zu können. Grundsätzlich kann die Beleuchtungseinrichtung durch definierbare Taster/Schalterbetätigung außerdem so gesetzt werden, dass sie automatisch oder manuell betrieben werden kann, wobei sie auf ”Automatik” (Aktivierung durch Sensorik und Taster) oder ”Manuell” (nur Taster – keine Aktivierung durch Sensorik) geschaltet werden kann.
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Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, mit Hilfe der vorhandenen Personenpräsenzerkennung, Unregelmäßigkeiten bei Temperatur und Feuchtigkeit unter Berücksichtigung von Personenbewegungen festzustellen, die auf eine nicht ordnungsgemäße Funktion der Heizungsanlage und/oder einen Wasserschaden hindeuten.
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Beschreibung:
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Dies wird patentgemäß gelöst, indem die Beleuchtungseinrichtung, zur Personenpräsenzerkennung neben gebräuchlichen Bewegungsmeldern wie z. B. PIR oder Hochfrequenzsensor, zusätzlich Infraschall- und Helligkeitssensoren benutzt, und verschiedene, frei wählbare Helligkeitsmodi vorhält, wobei beim Erfassen von Personenbewegungen durch Sensorik, der überwachte Raum nach Anspruch 1 nicht mit der bisher üblichen einzigen definierbaren Helligkeit (i. a. bisher üblich, die maximal mögliche Leistung des Beleuchtungskörpers) beleuchtet wird, sondern so hell, das sich eine Person orientieren kann (Orientierungshelligkeit). Sie ist somit in der Lage, nach Anspruch 5 durch hell eingestelltes Orientierungslicht im Keller, nicht in ein ”dunkles Kellerloch” gehen zu müssen, andererseits durch dunkel eingestelltes Orientierungslicht im Kinderzimmer nach dem Kind zu schauen, ohne es zu wecken, nachts im Bett aufzustehen und in die Küche zu gehen, ohne den schlafenden Ehepartner zu stören, trotzdem andererseits den Lichtschalter ohne Stolperfalle zu erreichen, um das Licht auf Wunsch auf Normallicht zu schalten oder beim wieder zu Bett gehen auszuschalten (StandBy).
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Die Einschaltung auf Orientierungslicht durch Sensorauslösung ist hierbei auch für eine Flurbeleuchtung wichtig, um beim Öffnen der Schlafzimmertür durch den Lichteintritt des Flurlichtes beim Rein- oder Rausgehen keine schlafende Person zu stören.
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Fällt Fremdlicht in den zu beleuchtenden Raum, so wird die einzuschaltende Lampenleistung nach Anspruch 5 mit dieser Grundhelligkeit verknüpft. Hierbei wird zwischen Kinderzimmer- und Kellermodus unterschieden. Im Kinderzimmermodus soll die im Raum befindliche Person nicht gestört werden. Die zusätzliche Beleuchtung wird daher so eingestellt, dass die Gesamthelligkeit der Helligkeit entspricht, die bei der Programmierung der Helligkeit des Orientierungslichtes eingestellt wurde. Ist das Fremdlicht bereits heller als die vorgegebene Helligkeit, wird nicht zusätzlich beleuchtet, sondern die Lampe auf Aus, bzw. auf StandBy belassen. Im Kellerbereich hingegen möchte man wegen der trägen Augenanpassung ähnliche Lichtverhältnisse haben, wie sie in dem Bereich herrschen, aus dem man gekommen ist. Bei Tageslicht wird der Keller durch Fenster, und beim Öffnen einer Tür durch zusätzliches Licht vom Kellergang erhellt. Diese beiden Lichtsituationen werden vor dem Lichteinschalten gemessen und zur Leistungseinstellung des Orientierungslichts herangezogen. Je mehr Fremdlicht, vor allem nach Öffnen der Tür vorhanden ist, desto heller ist die Umgebung, aus der die Person kommt (Tageslicht oder beleuchteter Kellergang) und desto höher wird daher die zusätzliche OrientierungsHelligkeit gewählt, soweit nicht die Grundhelligkeit durch Kellerfenster und Tageslicht bereits ausreicht.
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Weiter ist es hilfreich, wenn nach Anspruch 7 die Helligkeit je nach Anwendungsfall zeitabhängig eine frei definierbare Helligkeitskurve durchläuft, um z. B. im Büroraum die Helligkeit bis 20 Minuten nach Erkennung der letzten Personenbewegung konstant zu halten und dann innerhalb von 2 Minuten logarithmisch gegen 0 zu steuern, um verbleibenden Personen die bevorstehende Lichtausschaltung anzuzeigen und noch unter Beleuchtung Gelegenheit zur Reaktivierung zu geben. Im Treppenhaus beträgt diese Karenzzeit vorteilhaft nur wenige Minuten, während die Abklingphase evtl. bei 1 min gewählt wird. Im Kinderzimmer hingegen kann die Abklingphase z. B. mit 10 min (sanftes Einschlaflicht) gewählt werden, wobei als ständiges „Schlaflicht” eine geringe Grundhelligkeit als StandBy Helligkeit auch nach dem ”Ausklingen” des Einschlaflichts nicht unterschritten wird.
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Beim Einsatz der automatischen Beleuchtung im Schlafzimmer ist es einerseits erwünscht, möglichst früh, also bereits während des Verlassens des Bettes das Orientierungslicht einzuschalten, andererseits aber nicht bei jeder normalen, im Schlaf üblichen Bewegung das Orientierungslicht mit der vollen Orientierungslichthelligkeit für eine lange Dauer anzulassen. Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Lichteinschaltdauer (Anspruch 6) und zeitliche Helligkeitskurve (Anspruch 7) von der gemessenen Intensität der Bewegung abhängt. Beim Umdrehen im Bett (geringe Bewegungsintensität) wird das Orientierungslicht langsam und nur solange eingeschaltet, wie eine Person beim Aufstehen bis zum Erreichen der Zimmermitte brauchen würde, wobei beim tatsächlichen Aufstehen, auf Grund der hohen Bewegungsintensität und anschließender Nähe zum Deckensensor das tatsächliche Aufstehen anstelle leichter Bewegung im Bett erkannt wird, woraufhin die Lichtintensität auf volles Orientierungslicht gesetzt und die Dauer des Orientierungslichtes bis zur Normaldauer verlängert wird. Eine ähnliche Situation ergibt sich beim Einschalten einer Treppenhausbeleuchtung, die bereits beim Öffnen einer Wohnungstür eingeschaltet werden kann, jedoch erst die volle Helligkeit erreicht, wenn sich die Person der Beleuchtungseinrichtung nähert.
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Um eine Person frühzeitig zu erkennen und die Beleuchtung damit auch frühzeitig einzuschalten, wird patentgemäß die Tatsache genutzt, dass beim Betreten eines Raumes oder eines Hausflures i. a. eine Tür geöffnet wird, wodurch Infraschallwellen erzeugt werden, die in der automatischen Beleuchtungseinrichtung detektiert werden. Weiterhin ist davon auszugehen, dass sich der Raum/Flur, in dem Licht eingeschaltet werden soll, dunkel, der Bereich, aus dem die Person kommt, aber hell ist. Beim Betreten eines dunklen Raumes ändert sich somit die an der automatischen Beleuchtungseinrichtung im dunklen Raum messbare Helligkeit, indem entweder beim Öffnen der Tür, Licht in den dunklen Raum und damit auf die Beleuchtungseinrichtung fällt, oder beim Durchschreiten einer bereits offenen Tür sich durch Abschattung des durch die Tür fallenden Lichts durch die eintretende Person, eine messbare Helligkeitsänderung ergibt, wobei der zeitliche Zusammenhang zwischen Infraschall und Helligkeitsschwankung ein weiteres starkes Indiz für das Betreten eines Raumes ist. Diese oben genannten Methoden können dabei vorteilhaft in Kombination mit Bewegungsdetektoren eingesetzt werden, die zur Verifizierung der Schall/Helligkeits-Erkennung dienen und bei Nichtverifizierung nach einer definierbaren ”Karenzzeit” das Licht wieder ausschalten. Diese Methoden sind besonders in größeren Räumen oder verwinkelten Hausfluren vorteilhaft, in denen ein PIR- oder HF-Bewegungsmelder erst spät reagieren würde.
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Das manuelle Umschalten der Helligkeitsmodi (StandBy, Orientierung, Normal) und des Betriebszustandes ”Automakiksensorgesteuert” oder ”Manuell” geschieht patentgemäß nach Anspruch 3, indem mit einem Lichttaster unterschiedliche Tastsequenzen erzeugt werden oder vorteilhaft, indem ein Lichttaster unterschiedlich lange betätigt/festgehalten wird.
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Um eine übliche oder bereits vorhandene Verkabelung der vorhandenen Beleuchtung zu benutzen, werden die zu dieser Beleuchtungseinheit gehörenden Lichtschalter durch Taster (Ruhezustand leitend) ersetzt und hierzu in Reihe geschaltet. Jeder dazugehörende Taster unterbricht somit die Spannungsversorgung des Beleuchtungssystems für die Dauer der Tasterbetätigung. Das Beleuchtungssystem verfügt dabei über eine Überbrückungsstromversorgung i. a. ein Kondensator, der während der Unterbrechung der Spannungsversorgung durch einen Lichttaster, die Elektronik weiterhin im Bereich mehrerer 10 Sekunden mit Strom versorgt, wobei i. a. ein Mikrocomputer die Dauer der Hauptstromunterbrechung misst und nach Loslassen des Tasters die Beleuchtung entsprechend der Unterbrechungsdauer steuert. Während der Tasterbetätigung wird dabei i. a. aus Gründen einer preiswerten Überbrückungsstromversorgung die Beleuchtung ausgeschaltet sein. Sind genügend Leitungen vorhanden, kann die Beleuchtung auch während der Tasterbetätigung aktiv bleiben, indem die Beleuchtung fortwährend mit Strom versorgt wird, während die Information hinsichtlich der Tasterbetätigung durch eine separate Leitung zum Sensoreingang des Mikrocomputers gelangt.
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Die Beleuchtungssysteme bestehen dabei entweder aus einem Sensorsystem, das abgesetzte dimmbare Leuchtmittel ansteuert oder aber aus einer Einheit aus Sensorsystem und vorteilhaft LED Leuchtmitteln, die direkt von der Elektronik angesteuert werden und leicht über Pulsweitenmodulation gedimmt werden können.
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Ist eine vorgebbare aktuelle Dimmhelligkeit (Leistung der Lampe) eingestellt, können zum Beispiel nach Anspruch 9 in großen Garagen bei hellem Tageslicht über das Orientierungslicht, oder bei hoch eingestelltem und geschalteten Normallicht durch einen zusätzlichen Stromausgang Lüfter und/oder weitere Strahler geschaltet werden.
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Bei der Funktion nach Anspruch 5, oder um abschätzen zu können, ob überhaupt Licht eingeschaltet werden muss, oder die vorhandene Beleuchtungsleistung auf Grund der sich ändernden Umgebungshelligkeit noch aufrecht erhalten bleiben muss, ist es notwendig, diese Umgebungshelligkeit unabhängig von der dazugeschalteten Beleuchtung zu erfassen. Um die Umgebungshelligkeit, also die Helligkeit bei ausgeschalteter Beleuchtung messen zu können, ohne das Licht für Personen erkennbar ausschalten zu müssen, wird daher beim Dimmvorgang in der ”Dunkelphase” der Pulsweitenmodulation die Umfeldhelligkeit gemessen, wobei sichergestellt werden muss, das sich innerhalb eines Raumes gleichfalls aktive und steuerbare Beleuchtungssysteme zur gleichen Zeit in der ”Dunkelphase” befinden. Im Gegensatz zu früher üblichen Phasenanschnittssteuerungen, ist allerdings die Phasenlage des Netzes nicht bekannt, da zur Stromversorgung i. a. die Wechselspannung gleichgerichtet und danach mittels DC/DC Wandler der LED Beleuchtung ohne zeitlich verlässlichen Bezug zur Verfügung gestellt wird. Dieser zeitlich notwendige Bezug zueinander geschieht nach Anspruch 8 besonders vorteilhaft mit der oben beschriebenen Variante der direkten Ansteuerung von LEDs durch die Elektronik, durch Synchronisation der Pulsweitenmodulation der einzelnen Beleuchtungssysteme, vorteilhaft unter Nutzung der Netzfrequenz als Taktgeber.
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Als Zusatzfunktionen bieten sich wegen der bereits erfassten Personenbewegungen patentgemäß eine Auswertung des Zusammenspiels von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Personenaktivität an, um z. B. im Ferienhaus die korrekte Funktion von Heizung und Wasserversorgung zu überwachen. Wird im Badezimmer eine Erhöhung von Luftfeuchtigkeit und Temperatur in Zusammenhang mit Personenaktivität festgestellt, so deutet das auf normales Duschen hin. Erhöht sich jedoch die Luftfeuchtigkeit ohne Personenaktivität bei gleichbleibender Temperatur, kann auf einen Wasserschaden/Rohrbruch z. B. in einem wenig benutzen Raum geschlossen werden, besonders wenn diese Werte signifikant von vorher erfassten Langzeitmessungen abweichen.
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Sind im Haus mehrere Räume mit diesen Systemen ausgerüstet, können z. B. durch Vergleich der jeweiligen Raumdaten, wetterbedingte Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsschwankungen ausgefiltert werden.
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Definitionen:
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- StandBy = Kleinstmögliche Lampenhelligkeit bei Lampe, die auch im AusZustand nicht unterschritten wird.
- Orientierungslicht = Lampenhelligkeit bei automatischer Einschaltung durch Sensorik.
- Normallicht = Lampenhelligkeit im Einzustand nach manueller Bedienung.
- Umgebungshelligkeit = Fremdlicht = Helligkeit, die sich bei nicht vorhandener Lampe, also auch ohne StandByLicht ergeben würde.
- Gesamthelligkeit = Helligkeit, die sich aus Umgebungshelligkeit plus Lampenhelligkeit ergibt.
- Bewegungsdetektor = PIR, HF, Radar, Ultraschall usw.. Beleuchtungseinrichtung = Einrichtung zur automatischen Beleuchtung und Gefahrenerkennung.