DE19543887A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Fensterschließen in Abhängigkeit von Außenwelteinflüssen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Öffnen und Schließen eines Fensters in Abhängigkeit von Außenwelteinflüssen nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zum Verhüten von unerwünschten Außenwelteinflüssen ist es bekannt Fenster, die zwecks Belüftung von Räumen geöffnet sind, manuell oder durch einschalten einer fest eingebauten Vorrichtung zu schließen. Wenn niemand im Raum ist, der die Gründe zum Fensterschließen feststellt, oder jemand im Raum schläft, kann es durch Wind, Regen, Gestank, Ozon oder Lärm zu Schäden und Beeinträchtigungen kommen, bevor das Fenster geschlossen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welche ermöglicht, Außenwelteinflüsse zu messen und in Abhängigkeit der ermittelten Werte ein Fenster automatisch zu öffnen oder zu schließen, sobald die Außenwelteinflüsse gewisse Werte überschreiten. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung des erwähnten Verfahrens anzugeben. Diese Vorrichtung soll an jedem Fenster nachträglich angebracht werden können.

Diese Aufgaben werden durch die in den Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren mißt mittels Sensoren die Außenwelteinflüsse, vergleicht die erhaltenen Meßwerte mit voreinstellbaren Schwellwerten und schließt beim Überschreiten des Schwellwertes das Fenster. Als Außenwelteinflüsse können Lärm, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Wind berücksichtigt werden. Es empfiehlt sich einen oder eine Kombination von mehreren obgenannter Einflüsse zu überwachen.

Von der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden entweder zumindest die Sensoren oder die ganze Vorrichtung im Freien angebracht, womit sie jedoch Hitze, Kälte und Regen ausgesetzt sind. Wenn das Schlafzimmer vor Lärm geschützt werden soll, wird der Sensor zusammen mit der Sehließvorrichtung vorzugsweise innenraumseitig angebracht. In diesem Fall wird beim Überschreiten des Lärmpegels das Fenster sofort innerhalb weniger Sekunden geschlossen. Nach einer vorgewählten Zeit von vorzugsweise 3 Minuten öffnet dieselbe Vorrichtung das Fenster. Hält der Lärm noch an, wird nur ein Spalt weit geöffnet, wodurch der Pegel überschritten wird, und das Fenster sofort wieder geschlossen wird. Bei unterschwelligem Lärm bleibt das Fenster bis zu einem eingestellten Spalt von vorzugsweise 2 cm oder einem Winkel von vorzugsweise 2° geöffnet. Im Sommer kann dies mehr, im Winter weniger sein. So kann Heizung gespart werden, da bei großer Temperaturdifferenz ein Spalt von 0,5-1 cm genügend Lufterneuerung ermöglicht. Wird ein größerer Spalt erwünscht, so kann - vorausgesetzt die Kraft reicht zur Bewegung des Fensters aus - die Vorrichtung näher gegen den Drehpunkt des Flügels hin verschoben werden, so daß der Hebel vergrößert wird.

Damit das Fenster auch von Hand ganz geöffnet und geschlossen werden kann, geschieht die Kraftübertragung von der Schließ/Öffnungsvorrichtung auf den Fensterflügel über eine Raste. Diese kann durch eine lineare Bewegung geschehen, wobei durch eine Kugelumlaufspindel mit einem Wirkungsgrad von etwa 90% oder einer Teflon-Gewindebüchse mit einem Wirkungsgrad von etwa 40% hohe Laufruhe erreicht wird, was bei Schlafzimmer- Lärmschutz unbedingt gefordert ist. Die Kraft wird in einer anderen Ausführungsform durch die Drehbewegung eines Hebels aufgebracht, wobei eine vorzugsweise 1000-fache Untersetzung der Motordrehzahl über ein Getriebe vorzugsweise mit Kunststoffrädern für hohes Drehmoment und gute Laufruhe sorgt.

Da der Motor nur selten und nur für einige Sekunden eingeschaltet ist, und durch reibungsvermindernde Maßnahmen der Wirkungsgrad hoch gehalten wird, ist es vorteilhaft die Vorrichtung mit Batterien zu betreiben, vorausgesetzt, daß der Ruhestrom in der Überwachungsphase klein gehalten werden kann. In der erfindungsgemäßen Schaltung wird durch Verwendung von Lowpower-Mosfet-Technologie für dreistufigen Vorverstärker, Schwellwertschalter, Zeitverzögerung bis zum Wiederöffnen, Speisungs-Splittung, Vor/Rücklauf-Umsteuerung, Anlauf- Impulsformer, RS-Flip-Flop und Ansteuerung des Vollbrücken- Polwenders bei 6 Volt nur 0,1 mA gebraucht, was bei einer Kapazität der UM-3-Batterien von 1 Ah für 10′000 Stunden oder ein Jahr Überwachumgs-Phase reicht. Bei 20 Schließ/Öffnungszyklen mit je 0,5 As Verbrauch, also 10 As pro Nacht, reicht dies im Fall des Schlafzimmer-Lärmschutzes für 360 Nächte, da:
10 As · 360 = 3600 As = 1 Ah. Durch manuelle Betätigung des Fensters wird die eingerastete Position verlassen, wodurch die Vorrichtung über einen Micro-Schalter ausgeschaltet wird.

Durch geeignete Wahl der oberen und unteren Grenzfrequenzen des 3-stufigen Microphon-Verstärkers wird eine psophometrische Frequenzgang-Anpassung an die menschliche Lärm-Empfindlichkeit erreicht.

Um das leicht geöffnete Fenster, welches nur über die Raste gehalten wird, vor gewaltsamem Einbrechen zu schützen, ist eine Vorlegekette wahlweise einzuhängen. Eine andere Ausführungsform sieht an Stelle einer Raste eine zwingende Kraft-Verbindung zwischen Vorrichtung und Fensterflügel vor, wobei bei manueller Betätigung des Fensters zuerst die zwingende Verbindung durch seitliches Ausschwenken des Mitnehmers gelöst wird.

Wenn mehrere Fenster eines oder mehrerer Gebäude gleichzeitig geschlossen oder geöffnet werden sollen, wie z. B. bei aufkommendem Sturm, Regen, Ozon, Gestank, Giftgas oder Radioaktivität, so kann eine zentrale Überwachungsstelle über einen verschlüsselten Funkbefehl gleichzeitig alle Vorrichtungen zum Schließen und nachträglichen Öffnen der Fenster aktivieren.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Fenster-Schließ/Öffnungs-Vorrichtung mit eingebautem Sensor und Steuer-Elektronik;

Fig. 2 ein Blockschema für Schlafzimmer-Lärmschutz;

Fig. 3 ein Rasten-Mechanismus zur wahlweisen manuellen oder automatischen Betätigung;

Fig. 4 eine zwingende, jedoch ausschaltbare Schließkraftübertragung;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel mit externem außenseitigen Sensor;

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel mit Schwenkarmbetätigung in Aufsicht;

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel mit Schwenkarmbetätigung in Seitenansicht; und

Fig. 8 ein Deitail der Verbindung von Schwenkarm und Fensterflügel.

In Fig. 1 ist 1 der leicht geöffnete Fensterflügel mit der Scheibe 1a, an welchem der Rasten-Mitnehmer 3 befestigt ist, und in den der Nocken 4 der gefederten Raste 4a eingerastet ist. Das Gehäuse 12 ist fest mit dem Fensterrahmen 2 verbunden. Darin sind der Motor 7, die Gewindespindel 5, die Gewindehülse oder Kugel-Umlauf-Mutter so angeordnet, daß der Steg 11 im Führungsschlitz 12 vor- und zurückgeschoben wird und über die Raste 4a den Fensterflügel 3 bei auftretendem Lärm schließen und später bei Ruhe wieder öffnen kann. Der Sensor 9 - in diesem Fall ein Mikrophon - nimmt die Geräusche unmittelbar beim Fensterspalt auf und löst über die Elektronik 10 den Schließvorgang aus. Die Stromversorgung übernimmt die Batterie 8.

In Fig. 2 werden die Lärmsignale des Mikrophons 21 durch einen 3-stufigen, auf den gewünschten Lärmpegel einstellbaren Verstärker 22 verstärkt, in 23 gleichgerichtet und einem Schwellwertschalter 24 zugeführt. Durch die Entlade- Zeitkonstante und die Hysterese des Schwellwertschalters entsteht eine Impulsverlängerung von vorzugsweise 1-10 Min. Sowohl die ansteigende wie die abfallende Flanke des Lärmimpulses triggern je einen Impulsformer 25 und 25a, welche Impulse von vorzugsweise 0,5 sec bilden. Letztere werden vom Odertor 26 vereinigt und dem Setz-Eingang des RS-Flip-Flops 27 zugeführt. Dadurch wird der Motor solange zwingend unter Spannung gesetzt. Durch die Ansteuereinheit 28 und die Vollbrücke 29 wird der Drehsinn vorgegeben. Der Motor dreht solange bis das Fenster 3 am Rahmen 2 oder der Steg 11 am rückseitigen Ende des Führungsschlitzes 12 ansteht. Dadurch steigt der Strom auf z. B. 300 mal und dadurch die Spannung am Shunt 30 bis zum Schwellwert des Komparators 30a an und setzt den Flip-Flop 27 zurück, wodurch der Motor 29a gestoppt wird. Die Batterie 8 liefert den Strom von etwa 50 µA für die Lärmüberwachung wie auch die etwa 200 mA für die Fensterbewegung mit etwa 400 mA Anlaufstrom.

Fig. 3 zeigt den Mitnehmer 31 mit eingeklinkter Raste 35 in der leicht geöffneten Stellung des Fensters, den Mitnehmer 32 mit eingeklinkter Raste 36 bei automatisch geschlossenem Fenster und den Mitnehmer 33 mit ausgeklinkter Raste bei manuell weit geöffnetem Fenster. Die Biegefeder 34 ermöglicht das manuelle Ein- und Ausklinken der Raste.

Fig. 4 zeigt den um die Distanz 44 verschiebbaren Mitnehmer 41 womit die im Bereich 45 bewegte Klinke 43 zwingend mit dem Mitnehmer 41 gekoppelt oder entkoppelt werden kann.

Fig. 5 zeigt die Antriebseinheit 53 bei geschlossenem Fenster 52 und außenseitig angebrachtem Sensor 55, welcher mit einem Kabel 54 durch eine Bohrung mit der Antriebseinheit 53 verbunden ist.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Variante, bei welcher der Elektromotor 3 mit dem Fensterflügel 1 über einen Schwenkarm 65a wirkverbunden ist. Das heißt, der Elektromotor betätigt einen Schwenkarm. An dessen freiem, ausschwenkenden Ende befindet sich ein Rasten-Nocken 65 zum Eingriff in einer Ausnehmung am Mitnehmer 63 am Fensterflügel 62. Die Figuren zeigen den Fensterrahmen 61, den geschlossenen Flügel 62, den Mitnehmer 63 und einen als Biegefeder ausgebildeten Schwenkarm 66 mit dem Rasten-Nocken 65 in geschlossener Fensterposition. Der Getriebemotor 67 in der Antriebseinheit 64 öffnet und schließt den Flügel 62 um den Schwenkbetrag X. Die geöffnete Stellung ist gestrichelt dargestellt.

In einer verbesserten Ausführungsform, gemäß Fig. 8 ist der Mitnehmer am Fensterflügel eine Profilschiene 733, weiche mit einer V-förmigen Längsnut 733 versehen ist. Zum Eingriff in die Längsnut 733 weist er Schwenkarm 74 an seinem freien Ende einen Federnocken 75 auf. Dieser ist in der V-förmigen Längsnut 733 der Profilschiene 73 formschlüssig verschieblich im Eingriff. Der Federnocken 75 wird durch eine Rückstellfeder 76 soweit bis zu einem Anschlag 77 aus dem Schwenkarm 74 gedrückt. Die V-förmige Längsnut 733 weist zwei auswärts geneigte Flanken 731 auf, welchen zwei zum Eingriff verlaufende Flanken 751, 752 am Federnocken 75 entsprechen. Dadurch ist der Federnocken 75 durch formschlüssig in der Nut 733 gehalten. Ebenso weist die Profilschiene 73 außenseitig gegeneinander geneige Flanken 732 auf. Diese Lösung ermöglicht, den Fensterflügel von Hand zu betätigen und die Verbindung von Vorrichtung und Fensterflügel zu überfahren. Beim Betätigen von Hand wird der Federnocken 75 durch die geneigten Flanken 732 in den Schwenkarm 74 hineingedrückt und der Fensterflügel kann frei betätigt werden. Da der Mitnehmer 3 auch außenseitig mit seitlichen gegeneinander geneigten Außenflanken 732 versehen ist, kann der Fensterflügel auf die gleiche Art wieder mit der Vorrichtung verbunden werden. Der Federnocken 75 wird dabei durch die Außenflanken 732 in den Schwenkarm 74 gedrückt, wobei er beim Erreichen der V-förmigen Nut 733 durch die Rückstellfeder 76 automatisch wieder in diese gedrückt wird. Diese Überfahrbarkeit ermöglicht, daß der Fensterflügel unabhängig von der Vorrichtung Hand betätigt werden kann. Es ist klar, daß der Druck der Rückstellfeder 76 so gewählt wird, daß der Fensterflügel zwar von Hand, nicht aber durch einen Windstoß betätigt werden kann. Ergänzt wird dies Ausführungsform der Vorrichtung durch einen nicht dargestellten Riegel bekannter Art, welcher, mit dem Schwenkarm gekoppelt, in der geschlossenen Endstellung des Fensterflügels in ein Gegenstück an diesem einrastet. Dadurch wird der Fensterflügel beim Schließen in der Endposition automatisch verriegelt und die Vorrichtung kann nicht mehr von Hand überfahren werden. Dies macht die Vorrichtung zusätzlich einbruchssicher. Trotzdem geschieht das automatische Öffnen, inklusive Entriegelung und Schließen inklusive Verriegelung geräuschlos. Die Vorrichtung kann zusätzlich ergänzt werden durch Sensoren, welche auf Körperwärme einer vor dem Fenster stehenden Person reagiert und den Fensterflügel schließen und verriegeln läßt.

Eine weitere Verbesserung geschieht, indem die Vorrichtung mit dem Lichtschalter des Zimmers mittelbar elektrische oder unmittelbar über Lichtsensoren wirkverbunden wird. Damit kann das Fenster beim Einschalten von Licht im Zimmer automatisch geschlossen. Dies kann besonders im Sommer von Vorteil sein, um das Eindringen von Mücken usw. zu verhindern.

Claims (13)

1. Verfahren zum Öffnen und Schließen eines Fensters zwecks Lüftung in Abhängigkeit von Außenwelteinflüssen, die da sind Lärm, Regen, Luftfeuchtigkeit, Licht, Geruch, Wind, Ozon, Radioaktivität, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Umwelteinflüsse mittels Sensoren gemessen wird und der ermittelte Meßwert mit voreingestellten Schwellwerten verglichen werden, worauf bei Überschreiten des Schwellwertes das Fenster mittels eines Elektromotors automatisch geschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß und bei Unterschreiten des Schwellwertes das Fenster automatisch geöffnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das automatisch geschlossene Fenster nach Ablauf einer voreinstellbaren Zeitdauer wieder automatisch geöffnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromverbrauch des Elektromotors überwacht wird, und daß ein Anstieg dieses Stromverbrauchs, welche beim Anschlagen des Fensterflügels am Fensterrahmen oder an einem Anschlag zur Begrenzung des Öffnens durch die Kraftzunahme entsteht, zum Abschalten des Elektromotors verwendet wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem an einem feststehenden Rahmen zu befestigenden Antriebsmechanismus (3-7) zum Öffnen und Schließen des Fensters (1) und mit einem Mitnehmer (3) am Fensterflügel (1), dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmechanismus (3-7) einen Elektromotor (7), eine elektronische Steuerung (10) mit mindestens einem Sensor (9) und Mittel zum lösbaren Wirkverbund von Elektromotor (7) und Mitnehmer (3) am Fensterflügel (1) umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Wirkverbund von Elektromotor (3) und Fensterflügel (1) eine vom Elektromotor (7) angetriebene Kugelumlaufspindel (5, 6) oder eine Kunststoffgewindehülse (6) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Wirkverbund von Elektromotor (3) und Fensterflügel (1) einen vom Elektromotor (3) angetrieben Schwenkarm (65a) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum lösbaren Wirkverbund von Elektromotor (3) und Fensterflügel (1) eine federnde Raste (4, 4a) zum Eingriff in einer Ausnehmung am Mitnehmer (3) am Fensterflügel (1) aufweisen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (3) am Fensterflügel eine Profilschiene (73) ist, weiche mit einer V-förmigen Längsnut (733) mit geneigten Flanken (731) und mit außenseitigen gegeneinander geneigten Außenflanken (732) versehen ist, und daß der vom Elektromotor (3) angetriebene Schwenkarm (74) an seinem freien Ende einen Federnocken (75) aufweist, welcher V-förmigen Längsnut (733) der Profilschiene (73) formschlüssig verschieblich im Eingriff ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkverbindung von Mitnehmer (3) und Schwenkarm (74) überfahrbar ist, wobei der Federnocken (75) durch die V-förmige Längsnut (733) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (76) in den Schwenkarm (74) drückbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Stromanstieg des Elektromotors (7), bedingt durch die Kraftzunahme beim Anschlagen am Fensterrahmen (2) oder an einem Öffnungs- Begrenzungs-Anschlag der Elektromotor (7) abschaltbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmechanismus einen Riegel umfaßt, welcher in einer Endstellung in eine Gegenstück am Fensterflügel einschiebbar ist, so daß der Fensterflügel im geschlossenen Zustand verriegelt gehalten ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließ- und Öffnungsvorgang durch ein verschlüsseltes Funksignal auslösbar ist.