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Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zum Erkennen eines Öffnungsstatus Fensterflügels eines Fensters oder eines Türblatts einer Tür mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Für viele Anwendungen, wie z.B. für eine Heizungssteuerung oder auch für ein Sicherheitssystem (eine Überwachung einer Alarmanlage) muss der Schließstatus eines Fensters oder einer Tür eines Gebäudes (sei dies in einem Wohngebäude, sei dies in einem Büro) bekannt sein. Für eine entsprechende Überwachung existieren Lösungen, die Sensortechnik vorsehen, die einen Fensterflügel oder ein Türblatt, bzw. eine Schließeinheit desselben überwachen. Zum Zwecke der elektronischen Datenverarbeitung wird dabei durch einen geeigneten Sensor ein Zustandssignal erzeugt, das dann per Funk oder Kabel an eine Steuerzentrale übertragen wird und dort zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung steht.
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Es existieren Fenster und Türen, die einen eingebauten, bzw. integrierte Schließkontakt aufweisen. Für die Mehrheit der Fenster wird allerdings ein nachrüstbarer Sensor verwendet, der entweder nach dem Prinzip eines mechanischen Schalters oder eines elektronischen Magnetschalters (Reed-Relais) arbeitet. Beide Verfahren haben den Vorteil, dass sie einen sehr niedrigen bzw. gar keinen Ruhestrom verbrauchen und damit auch in batteriegespeisten Sensoren (nachgerüstete Sensoren sind typischerweise batteriegespeist) zum Einsatz kommen können.
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Ein zentraler Nachteil dieser Sensoren ist, dass Sie nur das einfache Öffnen oder Schließen eines Fensters oder einer Tür erkennen können, nicht aber ob der Fensterflügel eines Fensters bzw. das Türblatt einer Tür (z.B. einer Terrassentür) komplett geöffnet ist oder sich nur in einer Kippstellung befindet.
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Dabei gibt es bereits Lösungen, die eine Unterscheidung der beiden Öffnungszustände (vollständig geöffnet, gekippt) ermöglichen. So beschreibt die
DE 20 2015 008 986 U1 eine Lösung, bei der ein Sensor die Drehstellung eines Fenstergriffs (einer Griffolive) bzw. einer mit dieser verbundenen Antriebswelle überwacht. Anhand der Drehstellung kann erkannt werden, ob der Fenstergriff in einer solchen Position befindlich ist, in der der Fensterflügel gekippt wird, oder aber in einer solchen Position, in der der Fensterflügel zum vollständigen Öffnen des Fensters verschwenkt wird. Eine batteriegespeiste Energieversorgung des Sensors und einer Steuerschaltung (Batterien oder Akkumulatoren) ist in dem Olivengriff angeordnet. Eine andere Lösung offenbart die
EP 1 918 890 A1 . Dort ist ein Sensor zur Anzeige des Öffnungszustandes eines Fensters oder einer Tür beschrieben, der über eine von einem Stellweg abhängige Veränderung eines elektrischen Widerstandes den Öffnungsweg des Fensterflügels erfasst und im Hinblick auf den Öffnungszustand auswertet. Der Sensor arbeitet dazu nach Art eines Potentiometers.
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Die beiden vorbekannten Sensoranordnungen weisen allerdings Probleme und Nachteile auf. So gibt die Lösung nach der
DE 20 2015 008 986 U1 nur ein indirektes Bild vom tatsächlichen Öffnungszustand eines Fensters. Insbesondere dann, wenn beispielsweise der Olivengriff des Fensters in einem geöffneten Zustand des Fensterflügels in eine Schließstellung zurück gedreht wird, erkennt die Sensoranordnung nicht, dass der Fensterflügel tatsächlich weiterhin geöffnet ist, sondern geht von einem verschlossenen Fenster aus. Hier kann es also zu Fehleinschätzungen der tatsächlichen Position des Fensterflügels kommen. Hinzu kommt, dass der Positionssensor in einer wie in dieser Schrift beschriebenen Weise fortwährend mit Strom versorgt sein muss und dabei Energie verbraucht, damit er die Stellung des Olivengriffs bzw. der mit diesem verbundenen Antriebswelle über die Schleifkontakte erfassen kann. Auch die Lösung gemäß der
EP 1 918 890 A1 verlangt eine dauernde Versorgung des Sensors mit elektrischer Energie. Hinzu kommt, dass der in dieser Schrift beschriebene Sensor aufgrund seiner besonderen Einbaulage im Bereich des Fensterrahmens nur bedingt für eine Nachrüstung geeignet ist. Häufig haben Fensterflügel und Fensterrahmen in bestehenden Einbausituationen, zum Beispiel gilt dies insbesondere für alte Holzfenster, nicht ausreichend Bauraum zur Verfügung, um den Sensor in der erforderlichen Position einbauen und dort integrieren zu können.
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Hier soll mit der Erfindung Abhilfe geschaffen und eine Sensoreinrichtung angegeben werden, die insbesondere gut für eine Nachrüstung an bestehenden Fenstern und/oder Türen geeignet ist und dies sich durch einen geringen Energieverbrauch auszeichnet und insoweit auch für batteriegespeiste Systeme (hierunter fallen auch solche mit Akkumulatorenversorgung) geeignet ist.
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Eine Lösung dieser Aufgabe ist gegeben durch eine Sensoreinrichtung mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 vorteilhafte Weiterbildungen sind in den folgenden abhängigen Schutzansprüchen 2 bis 4 bezeichnet.
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Gemäß der Erfindung weist eine Sensoreinrichtung zum Erkennen eines Öffnungsstatus eines in zwei Öffnungsstellungen, nämlich eine Kippstellung und eine Offenstellung, bewegbaren Fensterflügels eines Fensters oder Türblatts einer Tür zwei unterschiedliche Sensoriken auf, nämlich wenigstens einen elektrisch gespeisten Positionserfassungssensor zum Erkennen einer geschlossenen Position des Fensters oder der Tür sowie wenigstens einen Beschleunigungssensor zum Erfassen einer Bewegung des Fensterflügels des Fensters oder des Türblatts der Tür und zum Erkennen der Bewegungsrichtung und/oder eines Bewegungsweges.
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Mittels des erfindungsgemäß eingesetzten Beschleunigungssensors kann die Bewegungsrichtung des Fensterflügels oder Türblatts während des Öffnungsvorganges erkannt werden. Ein Beschleunigungssensor könnte grundsätzlich für sich genommen und allein für die Überwachung eines Öffnungszustandes eines Fensters oder einer Tür verwendet werden, da solche Sensoren in den aktuell verfügbaren Varianten nicht nur im Hinblick auf das Erkennen von Bewegungsrichtungen, sondern auch im Hinblick auf die Erfassung von Bewegungswegen ausreichend genau sind, um mit ihnen feststellen zu können, ob ein Fensterflügel oder ein Türblatt vollständig geöffnet wird, gekippt wird oder aus einem der beiden Öffnungszustände heraus wieder vollständig in eine geschlossene Stellung bewegt wird. Allerdings schafft die Kombination mit dem Positionserfassungssensor eine zusätzliche Absicherung, gerade im Hinblick auf ein sicheres Erkennen einer Geschlossenstellung des Fensters bzw. der Tür.
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Zudem benötigen Beschleunigungssensoren dauerhaft eine Energiespeisung und verbrauchen Energie, auch als Ruhestrom oder auch im Messmoment bei Taktung der Messung. Sie sind insoweit nicht geeignet, eine möglichst energieeffiziente und energiesparende Sensoranordnung bereitzustellen, die insbesondere für eine Nachrüstung und für ein Betreiben mit Batteriestrom geeignet sind.
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Entsprechend kombiniert der hier vorgestellte Lösungsansatz in der Sensoreinrichtung einen Beschleunigungssensor mit einem an sich bekannten elektrisch gespeisten Positionserfassungssensor, wie z.B. einen Reed-Kontakt oder einen elektronischen Schalter, um dadurch sowohl das Öffnen und Schließen des Fensters oder der Tür zu erkennen (mittels des Positionserfassungssensors) als auch die Öffnungsart bzw. den Öffnungsstatus, nämlich gekippt oder vollständig geöffnet, (bei mithilfe des Beschleunigungssensors).
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Mit Vorteil weist die Sensoreinrichtung eine Steuerschaltung auf, an die sowohl der Positionserfassungssensor als auch der Beschleunigungssensor angeschlossen sind und die in einer Grundschaltstellung den Beschleunigungssensor inaktiv schaltet, auf ein Signal des Positionserfassungssensors, dass ein Bewegen des Fensterflügels oder Türblatts aus der geschlossenen Position des Fensters oder der Tür heraus anzeigt, den Beschleunigungssensor aktiviert. Durch diese Maßnahme kann der Energieverbrauch der Sensoreinrichtung deutlich reduziert werden. Ein Positionssensor, zum Beispiel in Form eines elektronischen Schalters oder auch eines mechanischen Schalters, kann so realisiert sein, dass er in einem Ruhezustand bei geschlossenem Fenster bzw. geschlossener Tür keine oder nur sehr wenig Energie verbraucht. Der Beschleunigungssensor, der zum Beispiel mit üblicher Sensortechnik funktionieren kann, wird über die Steuerschaltung erst dann aktiviert, wenn der Positionserfassungssensor feststellt, dass der Fensterflügel bzw. das Türblatt aus einer geschlossenen Stellung heraus bewegt wird. Da diese Aktivierung gleichermaßen instantan erfolgen kann, kann der Beschleunigungssensor sodann Bewegungsrichtung und/oder -weg des Öffnungsvorganges des Fensterflügels bzw. des Türblatts feststellen und darüber einer Auswerteelektronik, die zum Beispiel in der Steuerschaltung realisiert sein kann, entsprechende Signale zur Verfügung stellen, die dort einer Kippöffnung oder einer vollständigen Öffnung des Fensterflügels bzw. des Türblatts zugeordnet werden können.
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Die Steuerschaltung kann zum Beispiel in Form eines Mikrocontrollers realisiert sein. An den Mikrocontroller ist dann der Positionserfassungssensor, zum Beispiel als elektrischer Schaltkontakt oder Reed-Kontakt realisiert, angeschlossen. Gleichzeitig ist der Beschleunigungssensor über einen geeigneten und vom konkreten Beschleunigungssensor abhängigen Kommunikationsbus an den Mikrocontroller angeschlossen. Im Betrieb ist der Beschleunigungssensor vorzugsweise standardmäßig inaktiv und braucht damit nur minimal Energie. Auch der Mikrocontroller kann in einem Normalzustand mit Vorteil ebenfalls inaktiv sein, so dass auch er nur minimale Energie verbraucht. Wenn der Positionserfassungssensor, zum Beispiel in Form eines Reed-Kontakts oder eines anderen Schalters, nun ein Öffnen oder Schließen des Fensterflügels oder Türblatts feststellt, wird der Mikrocontroller aktiviert (aufgeweckt) und kann anhand des Schaltstatus des Positionserfassungssensors erkennen, ob das Fenster geöffnet oder geschlossen wurde. Im Falle einer durch den Schaltkontakt erkannten Öffnung, idealerweise auch nur in diesem Fall, wird der Beschleunigungssensor von dem Mikrocontroller aktiviert und wird von dem Beschleunigungssensor die Bewegungsrichtung und/oder wird der Bewegungsweg ermittelt. Dies kann in sehr kurzer Zeit und sehr präzise erfolgen, da jede Bewegung eines Fensterflügels bzw. eines Türblatts nicht abrupt stoppt, sobald der Schaltkontakt ausgelöst hat. Kurz nach dem Auslösen ist also eine Bewegung noch sicher zu erkennen und eine Unterscheidung zwischen Drehen und Kippen kann getroffen werden.
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Verfügt eine insbesondere batteriegespeiste Sensoranordnung über mehr Energie, z.B. aus einer Batterie mit größerer Kapazität, kann der Beschleunigungssensor auch ohne eine von dem Positionserfassungssensor erkannte Öffnung des Fensters oder der Tür kurz aufgeweckt werden, z.B. in vorgegebenen periodischen Intervallen, um eventuelle Manipulationen am Fenster bzw. an der Tür, wie z.B. Aufhebelversuche durch einen Einbrecher, zu erkennen.
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Die Steuerschaltung kann ferner mit einem Kommunikationssystem zum Übertragen des Öffnungsstatus des Fensters oder der Tür und ggf. weiterer Daten verbunden sein, zum Beispiel drahtlos über Funk, z.B. an eine Alarmmeldezentrale eine Steuerung für die automatische Verwaltung von Haustechnik, oder dergleichen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten schematischen Figuren. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines mit einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ausgestatteten Fensters mit in einer Offenstellung geöffnet befindlichem Fensterflügel;
- 2 eine schematische Ansicht eines mit einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ausgestatteten Fensters mit in einer Kippstellung geöffnet befindlichem Fensterflügel; und
- 3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung.
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In den Figuren sind sehr stark schematisch gezeichnete Ausgestaltungsvarianten dargestellt, um eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung noch einmal näher erläutern zu können. Hierzu ist in den 1 und 2 jeweils ein Fenster 1 dargestellt, dass einen Fensterrahmen 2 und einen Fensterflügel 3 aufweist. Der Fensterflügel 3 selbst enthält typischerweise ebenfalls einen Rahmen (hier nicht näher dargestellt) sowie wenigstens eine darin angeordnete Fensterscheibe, typischerweise aus Glas. Eine Sensoreinheit, die insbesondere als nachgerüstete Einheit vorgesehen sein kann, enthält hier zwei Sensorelemente, ein Sensorelement 4 und ein Sensorelement 5. Das Sensorelement 4 ist an dem Fensterrahmen 2 festgelegt und weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Permanentmagneten auf, der zum Beispiel in einem Gehäuse gekapselt sein kann. Das Sensorelement 5 ist an einem (hier nicht näher dargestellten) Rahmen des Fensterflügels 3 festgelegt und zwar auf Höhe des und nahe zu dem Sensorelement 4. Das Sensorelement 5 enthält, ebenfalls in einem Gehäuse angeordnet, eine elektrische Spannungsversorgung, zum Beispiel eine Batterie oder einen Akkumulator, eine elektronische Steuerung, insbesondere einen Mikrocontroller, einen magnetisch aktivierbaren elektrischen Schalter, insbesondere einen Reed-Kontakt oder Reed-Schalter, sowie einen Beschleunigungssensor. Der magnetisch aktivierbare Schalter ist in dem Sensorelement 5, in dem Gehäuse, derart angeordnet, dass er, wenn der Fensterflügel 3 geschlossen ist, in einer solchen Weise gegenüber dem in dem Sensorelement 4 angeordneten Permanentmagneten liegt, dass durch die Magnetkraft des Permanentmagneten der elektrisch aktivierbare Schalter betätigt ist. Hierdurch ist mit dem magnetisch aktivierbaren Schalter ein Positionserfassungssensor realisiert, der einen geschlossenen Zustand des Fensters, also ein in dem Fensterrahmen 2 geschlossenen Fensterflügel 3 erkennt.
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Die elektronische Steuerung ist mit dem magnetisch aktivierbar Schalter einerseits und andererseits mit dem Beschleunigungssensor zum Empfang von Sensorsignalen und auch zur Versorgung der genannten Bauteile mit elektrischem Strom verbunden. Die elektronische Steuerung (der Mikrocontroller) kann insbesondere ein Funkmodul aufweisen oder mit einem solchen verbunden sein, welches Funkmodul vorzugsweise ebenfalls in dem Sensorelement 5 angeordnet, insbesondere in dem Gehäuse integriert, sein kann.
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Das Fenster 1 ist in den 1 und 2 in zwei verschiedenen Öffnungsstellungen gezeigt. 1 zeigt eine Offenstellung des Fensters 1, in der der Fensterflügel 3 um eine Vertikalachse verschwenkt geöffnet ist, um die Fensteröffnung weitgehend freizugeben. In 2 ist eine Kippstellung des Fensters gezeigt, in der der Fensterflügel hier um eine Horizontalachse verkippt ist und die Fensteröffnung in der typischen Weise nur für einen Öffnungsspalt freigibt.
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Für verschiedene Anwendungen ist es von Nutzen und Vorteil, wenn die Öffnungsstellung, in der sich das Fenster 1, genauer der Fensterflügel 3, befindet, automatisch erkannt werden kann. Dies kann zum Beispiel für eine automatische Gebäudesteuerung im Rahmen der Steuerung der Heizung von Vorteil sein, wenn für den Fall des Stoßlüftens mit in Offenstellung befindlichem Fenster eine Heizung automatisch auf null geregelt werden soll, wohingegen bei einer Kippstellung des Fensters eine weitere Heizleistung erlaubt sein kann. Auch für Außenhautüberwachungssysteme von Alarmanlagen kann eine Kenntnis des Öffnungszustandes eines Fensters 1 von Vorteil sein. So kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass eine Alarmanlage nur dann erfolgreich scharf geschaltet werden kann, wenn keines der überwachten Fenster 1 in einer Offenstellung, also einer Stellung wie in 1 gezeigt, befindlich ist, wohingegen zum Beispiel ausgesuchte Fenster einer Gebäudeaußenhaut in einer Kippstellung (vergleiche 2) befindlich sein dürfen, auch wenn ein Alarm aktiviert wird. So kann zum Beispiel in Schlafzimmern ein Schlafen bei gekipptem Fenster gestattet sein, auch wenn die im Gebäude befindlichen Bewohner einen Innenalarm scharf geschaltet haben. Eine vollständige Öffnung des Fensters kann hier allerdings unerwünscht sein, da durch die dann freigegebene Fensteröffnung ein einfaches Einsteigen für Eindringlinge möglich ist.
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Mit der gezeigten und vorstehend bereits beschriebenen Sensoreinrichtung kann nun zwischen den beiden Stellungen wie folgt unterschieden werden, wobei die Sensoreinrichtung einen Ablauf, wie in 3 dargestellt durchläuft:
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Bei 10 wird der Ablauf gestartet. Die elektronische Steuerung (der Mikrocontroller) befindet sich in einem Ruhemodus, in dem er mit minimalem Energieverbrauch die Grundfunktionen überwacht, allerdings nicht vollständig aktiviert ist. Bei 20 wird der magnetisch aktivierbare Schalter abgefragt, und es wird festgestellt, ob sich hier eine Veränderung des Schallzustandes ergibt. Ergibt sich eine Veränderung des Schallzustandes, die eine Öffnungsbewegung des Fensterflügels 3 anzeigt, also ein Entfernen des magnetisch aktivierbaren Schalters von dem in dem Sensorelement 4 angeordneten Permanentmagneten, so schreitet das System fort zu 30. Wird keine Veränderung erkannt oder ergibt die Veränderung eine Schließbewegung des Fensters, so beginnt der Prozess erneut, wird die Überwachung des magnetisch aktivierbaren Schalters bei 20 fortgeführt.
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Bei 30 wird die elektronische Steuerung aktiviert und aktiviert diese den zunächst ebenfalls im Ruhemodus befindlichen Beschleunigungssensor. Dieser wird nun bei 40 abgefragt um festzustellen, welche Art von Bewegungsablauf des Fensterflügels 3 vorliegt, eine Schwenkbewegung um die Vertikalachse zum Bewegen des Fensterflügels 3 in die Offenstellung (vergleiche 1) oder eine Kippbewegung um die Horizontalachse zum Bewegen des Fensterflügels 3 in die Kippstellung (vergleiche 2). Diese Unterscheidung kann der Beschleunigungssensor in dem Sensorelement 5 anhand der von ihm erfassten, auftretenden Beschleunigungskräfte vornehmen. Entsprechende Bewegungsmuster (und dabei auftretende Beschleunigungskräfte) können insbesondere zuvor in der elektronischen Steuerung einelernt bzw. hinterlegt sein.
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Stellt der Bescheinigungssensor einer Öffnungsbewegung des Fensterflügels 3 in die Offenstellung (vergleiche 1) fest, so wird dies bei 50 von der elektronischen Steuerung (dem Mikrocontroller) erkannt und gegebenenfalls per Funk oder auch drahtgebunden an eine Leitzentrale, an die die Sensoreinrichtung angebunden ist, zum Beispiel an eine Alarmmeldezentrale oder eine Zentrale einer Haustechniksteuerung, weiter gemeldet. Anschließend ist das System wieder bereit, mit der Abfrage des magnetisch aktivierbaren Schalters bei 20 zu beginnen.
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Stellt der Beschleunigungssensor bei 40 fest, dass eine Kippbewegung des Fensterflügels 3 erfolgt ist, das Fenster also in eine Kippstellung bewegt worden ist, so wird dies bei 60 von der elektronischen Steuerung (dem Mikrocontroller) erkannt und gegebenenfalls per Funk oder auch drahtgebunden weitergemeldet, beispielweise an die bereits erwähnte Alarmmeldezentrale oder eine Zentrale für die Haustechnik.
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Die gezeigte und beschriebene Kombination aus Positionserfassungssensor und Beschleunigungssensor zum Erkennen einer Öffnungsrichtung und einer damit eingenommenen Öffnungsstellung des Fensters 1 kann einfach ausgeführt werden und erlaubt insbesondere eine energiesparende Umsetzung, da die Überwachung des magnetisch aktivierbaren Schalters (Positionssensors) mit geringem Energiebedarf fortwährend durchgeführt werden kann, wohingegen die mit einem höheren Energieverbrauch arbeitenden Elemente elektronische Steuerung (Mikrocontroller) und Beschleunigungssensor in einem passiven Ruhemodus gehalten werden mit nur geringem Verbrauch und nur bei Bedarf aufgeweckt und aktiviert werden, um entsprechende Sensorsignale zu erzeugen (im Beschleunigungssensor) und Datenverarbeitung vorzunehmen (in der elektronische Steuerung).
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Gegebenenfalls kann zusätzlich auch ohne ein Erkennen einer Öffnungsbewegung des Fensterflügels durch den magnetisch aktivierbaren Schalter bei 20 ein Aktivieren des Mikrocontrollers und des Beschleunigungssensors stattfinden, um zum Beispiel eine Funktionsprüfung der Elemente vorzunehmen oder auch um in periodischen Abständen mögliche Manipulationen des Fensters 1 zu erkennen, die sich zum Beispiel in Form von durch den Beschleunigungssensor erfassbaren Erschütterungen bemerkbar machen.
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Es können anstelle des in den 1 und 2 beispielhaft aufgezeigten Fensters 1 auch Türen mit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung überwacht werden, die ein in eine Offenstellung und eine Kippstellung bewegbares Türblatt aufweisen, wie zum Beispiel Terrassentüren oder Balkontüren oder dergleichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fenster
- 2
- Fensterrahmen
- 3
- Fensterflügel
- 4
- Sensorteil
- 5
- Sensorteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202015008986 U1 [0005, 0006]
- EP 1918890 A1 [0005, 0006]
