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Dokumentenidentifikation DE102005042567A1 19.04.2007
Titel Bewegungsmelder mit Infrarotsensor und Solarmodul
Anmelder ABB Research Ltd., Zürich, CH
Erfinder Kramer, Beat, Dipl.-Ing., Windisch, CH;
Zapp, Robert, Dipl.-Ing., 58579 Schalksmühle, DE;
Matter, Daniel, Dr., Brugg, CH;
Pretre, Philippe, Dr. sc. Nat., Dättwill, CH
Vertreter Miller, T., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 68526 Ladenburg
DE-Anmeldedatum 08.09.2005
DE-Aktenzeichen 102005042567
Offenlegungstag 19.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.04.2007
IPC-Hauptklasse G08B 13/18(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Es wird ein Bewegungsmelder (13) mit einem Infrarotsensor (10) und einem Solarmodul (1) zur Energieversorgung vorgeschlagen, wobei gemäß einer ersten Ausführungsform alle Schichten (2, 3, 4, 5, 6) des Solarmoduls (1) transparent, zumindest jedoch semitransparent für IR-Strahlung ausgebildet sind und wobei eine frontseitige Einkapselung (5) des Solarmoduls (1) in Form einer auf den Infrarotsensor (10) ausgerichteten Sammellinse ausgebildet ist, so dass das optische Linsensystem für den Infrarotsensor (10) und das Solarmodul (1) zu einem einzigen, ein Gehäusefenster (20) des Bewegungsmelders (13) bildenden Bauteil zusammengefasst sind. Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist eine erste Teilfläche des Gehäusefensters (20) als optisches Linsensystem (22) zum Empfang der IR-Strahlung sowie eine zweite Teilfläche des Gehäusefensters (20) als Solarmodul (21) ausgebildet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bewegungsmelder mit Infrarotsensor und Solarmodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 32 30 728 A1 ist ein Infrarotsensorgerät zur Erfassung von Bewegungsvorgängen mit einem Infrarotsensor bekannt, der die von einem Objekt ausgesandte Infrarotstrahlung aufnimmt und bei einer Relativbewegung des Objekts zum Infrarotssensorgerät ein Signal für einen Alarmgeber abgibt. Als Stromversorgungseinrichtung für den Infrarotsensor und den Alarmgeber dienen ein Solarzellenpanel und ein mit diesem verbundener Akkumulator.

Aus der DE 201 04 428 U1 ist eine Diebstahlverhütungseinrichtung mit einer durch Solarenergie durchgeführten Funkübertragung bekannt, wobei ein pyroelektrischer Detektor mit Mikroprozessor zur Überwachung der Sicherheit innerhalb eines voreingestellten Bereichs vorgesehen ist sowie ein Energieaufnahmegerät zur Umwandlung von Solarenergie in den benötigten Strom und zum Aufladen einer Speicherbatterie dient.

Aus der DE 41 37 560 C1 ist ein Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder (PIR-Melder) bekannt, bei welchem eine mit einer Vielzahl von einzelnen, vorzugsweise als Fresnellinsen ausgebildeten Sammellinsen versehene streifenförmige Kunststofffolie so bemessen und in ein Gehäusefenster eingesetzt ist, dass sie sich der zylindrischen oder konischen Form des Gehäusemantels anpasst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen äußerst kompakt aufgebauten Bewegungsmelder mit Infrarotsender und Solarmodul anzugeben.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein energieautarker Bewegungsmelder, vorzugsweise Funk-Bewegungsmelder, in äußerst kompakter Form realisierbar ist, denn das Gehäusefenster des Bewegungsmelders mit „Fresnellinsen-Struktur" dient nicht nur wie allgemein bekannt zur Schaffung einer bezüglich des Infrarot-Strahlengangs optimalen Optik, sondern zusätzlich zur Energieerzeugung. Es ist kein separates Solarmodul erforderlich. Insgesamt ergeben sich außer der Einsparung an Raum auch Kostenvorteile, da ein Bauteil entfällt. Mit anderen Worten werden durch die Kombination aus Sammellinse (Fresnellinse) und Solarmodul quasi zwei z. B. für einen energieautarken Funk-Bewegungsmelder wichtige Funktionen respektive separate Bauteile platzsparend zusammengefasst. Selbstverständlich ergibt sich hierdurch eine Reduktion der insgesamt für die Aufnahme von Sonnenlicht und IR-Strahlung benötigten Gehäuse-Oberfläche.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

1 den prinzipiellen Aufbau eines Bewegungsmelders mit Infrarotsensor und Solarmodul gemäß einer ersten Ausführungsform,

2 die äußere Form des Bewegungsmelders,

3 den prinzipiellen Aufbau eines Bewegungsmelders mit Infrarotsensor und Solarmodul gemäß einer zweiten Ausführungsform,

4 eine Sicht auf das Gehäusefenster der zweiten Ausführungsform.

In 1 ist der prinzipielle Aufbau eines erfindungsgemäßen Bewegungsmelders gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Der Bewegungsmelder wird gebildet aus:

  • • einem Solarmodul 1, welches gleichzeitig das optische Linsensystem des Sensorkopfes und das Gehäusefenster 20 darstellt,
  • • einem Infrarotsensor (PIR-Sensor) 10,
  • • einer Bewegungsmelder-Elektronik 9,
  • • einem Energiewandler/-speicher 7, z. B. einem Akkumulator.

Das Solarmodul 1 besitzt einen schichtförmigen, transparenten, zumindest jedoch semitransparenten Aufbau in Dünnfilmtechnik, bestehend aus

  • • einer zentralen, IR-durchlässigen Solarzellen-Halbleitermaterialschicht 2 mit PN-Übergang,
  • • einer frontseitigen IR-durchlässigen Elektrodenschicht 3,
  • • einer rückseitigen IR-durchlässigen Elektrodenschicht 4,
  • • einer frontseitigen IR-durchlässigen Einkapselung 5 mit eingeprägter, eingegossener oder geschliffener Fresnellinsen-Struktur und
  • • einer rückseitigen IR-durchlässigen Einkapselung 6.

Selbstverständlich sind die einzelnen Schichten 26 jeweils entsprechend gekrümmt, um eine Strahlen-Bündelung mit dem Infrarotsender 10 im Fokus zu erzielen. Als Halbleitermaterial für die Solarzellen-Halbleitermaterialschicht 2 kann z. B. Silizium oder Cadmium-Tellurid (CdTe) verwendet werden. Einzelne Solarzellen können in Serie oder parallel zum Solarmodul verschaltet sein.

Die frontseitige Einkapselung 5 des Solarmoduls 1 bildet das Gehäusefenster 20 des Bewegungsmelders, wie nachfolgend noch näher erläutert wird und weist eine Vielzahl von einzelnen, als Fresnellinsen ausgebildeten Sammellinsen auf.

Der Energiewandler/-speicher 7 ist über Anschlussleitungen 8 mit den beiden Elektrodenschichten 3, 4 verbunden. Ausgangsseitig speist der Energiewandler/-speicher 7 die Bewegungsmelder-Elektronik 9 und den Infrarotsensor 10. Auf das Solarmodul 1 einwirkendes Sonnenlicht 11 bewirkt aufgrund des Photoeffektes eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektrodenschichten 3, 4 und folglich einen Stromfluss über die Anschlussleitungen 8, d. h. ein Teil des sichtbaren Anteils des Sonnenlichts 71 wird im Solarmodul 1 absorbiert.

Infolge der IR-durchlässigen Schichten 26 des Solarmoduls 1 wird der IR-Anteil 12 des Sonnenlichts 11 transmittiert und gelangt zum Infrarotsensor 10. Erfasst der Infrarotsensor 10 eine Bewegung einer Person innerhalb seines Erfassungsbereiches, so gibt die Bewegungsmelder-Elektronik 9 ein Befehlssignal 19 zum Einschalten eines Beleuchtungskörpers ab.

Vorzugsweise handelt es sich um einen Funk-Bewegungsmelder mit von der Bewegungsmelder-Elektronik 9 beaufschlagtem Funksender, welcher eine drahtlose Kommunikation mit einem Funk-Aktor (bestehend aus Funkempfänger und Aktoreinheit respektive Schaltglied zum Einschalten/Ausschalten eines Beleuchtungskörpers) ermöglicht.

Selbstverständlich weist der Bewegungsmelder nicht gezeigte (und im vorliegenden Sachverhalt nur untergeordnet wichtige) Einstellvorrichtungen zur Vorgabe der Dämmerungseinstellung bzw. Helligkeitsschaltschwelle (bei welcher das Gerät mit der Erfassung der Infrarotstrahlung innerhalb eines definierten Erfassungsbereiches beginnen soll) und zur Vorgabe der Ausschaltverzögerung bzw. Nachlaufzeit des anzusteuernden Beleuchtungskörpers auf.

In 2 ist die äußere Form eines Bewegungsmelders dargestellt. Der Bewegungsmelder 13 besitzt

  • • ein Montagesockel-Unterteil 14 für die Befestigung an einer Wand,
  • • eine Montagesockel-Abdeckung 15, welche zusammen mit dem Montagesockel-Unterteil 14 einen Innenraum zur Aufnahme von Komponenten des Bewegungsmelder bildet,
  • • eine Bewegungsmelderkopf-Haube 17, welche über ein Scharniergelenk 16 an der Montagesockel-Abdeckung 15 befestigt ist,
  • • einen an der Bewegungsmelderkopf-Haube 17 drehbeweglich befestigten Sensorkopf 18, in welchem das gleichzeitig das optische Linsensystem darstellende Solarmodul 1 in Form eines Gehäusefensters 20 integriert ist.

In 3 ist der prinzipielle Aufbau eines Bewegungsmelders mit Infrarotsensor und Solarmodul gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Bei dieser zweiten Ausführungsform

  • • ist eine erste Teilfläche des Gehäusefensters 20, z. B. der zentrale innere Flächenabschnitt, als optisches Linsensystem (Sammellinse, Fresnellinsen-Struktur) 22 ausgebildet und wird zum IR-Empfang für den Infrarotsensor 10 genutzt,
  • • ist eine zweite Teilfläche des Gehäusefensters 20, z. B. der sich rings um den zentralen inneren Flächenabschnitt erstreckende Bereich, als Solarmodul 21 ausgebildet und wird zur Energieversorgung mittels Solarstrahlung genutzt.

In 4 ist eine Sicht auf das im Sensorkopf befindliche Gehäusefenster 20 der zweiten Ausführungsform dargestellt. Es sind das optische Linsensystem 22 und das Solarmodul 21 zu erkennen. Selbstverständlich ist das Solarmodul 21 aus den Schichten frontseitige Einkapselung/frontseitige Elektrodenschicht/Solarzellen-Halbleitermaterialschicht/rückseitige Elektrodenschicht/rückseitige Einkapselung aufgebaut. Ein Vorteil dieser zweiten Ausführungsform besteht darin, dass die Solarzellen-Halbleitermaterialschicht nicht zwingend semi-transparent bzw. transparent sein muss, sie kann auch lichtundurchlässig sein. Es können demnach auch andere Materialen als die zuvor genannten Materialien Silizium oder Cadmium-Tellurid (CdTe) verwendet werden.

1
Solarmodul und gleichzeitig optisches Linsensystem des Sensorkopfes
und gleichzeitig Gehäusefenster
2
Solarzellen-Halbleitermaterialschicht mit PN-Übergang (IR-durchlässig)
3
frontseitige Elektrodenschicht (IR-durchlässig)
4
rückseitige Elektrodenschicht (IR-durchlässig)
5
frontseitige Einkapselung mit Fresnellinsen-Struktur (IR-durchlässig)
6
rückseitige Einkapselung (IR-durchlässig)
7
Energiespeicher
8
Anschlussleitungen
9
Bewegungsmelder-Elektronik
10
Infrarotsensor
11
Sonnenlicht
12
IR-Anteil des Sonnenlichts
13
Bewegungsmelder
14
Montagesockel-Unterteil
15
Montagesockel-Abdeckung
16
Scharniergelenk
17
Bewegungsmelderkopf-Haube
18
Sensorkopf
19
Befehlssignal
20
Gehäusefenster im Sensorkopf
21
Solarmodul
22
optisches Linsensystem


Anspruch[de]
Bewegungsmelder (13) mit einem Infrarotsensor (10) und einem Solarmodul (1) zur Energieversorgung, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Linsensystem (1, 22) für den Infrarotsensor (10) und das Solarmodul (1, 21) im Gehäusefenster (20) des Bewegungsmelders (13) zusammengefasst sind. Bewegungsmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schichten (2, 3, 4, 5, 6) des Solarmoduls (1) transparent, zumindest jedoch semitransparent für IR-Strahlung ausgebildet sind und dass eine frontseitige Einkapselung (5) des Solarmoduls (1) in Form einer auf den Infrarotsensor (10) ausgerichteten Sammellinse ausgebildet ist. Bewegungsmelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die frontseitige Einkapselung (5) des Solarmoduls (1) eine Fresnellinsen-Struktur mit einer Vielzahl von einzelnen, als Fresnellinsen ausgebildeten Sammellinsen aufweist. Bewegungsmelder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Silizium als Solarzellen-Halbleitermaterialschicht (2) verwendet ist. Bewegungsmelder nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass Cadmium-Tellurid als Solarzellen-Halbleitermaterialschicht (2) verwendet ist. Bewegungsmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Teilfläche des Gehäusefensters (20) als optisches Linsensystem (22) für den Infrarotsensor und eine zweite Teilfläche des Gehäusefensters (20) als Solarmodul (21) ausgebildet ist. Bewegungsmelder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale innere Flächenabschnitt des Gehäusefensters (20) als optisches Linsensystem (22) und der sich um den zentralen inneren Flächenabschnitt ersteckende Bereich als Solarmodul (21) ausgebildet sind. Bewegungsmelder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Solarzellen in Serie oder parallel zum Solarmodul (1) verschaltet sind.






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