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Die Erfindung betrifft ein System aus einer Vielzahl von jeweils mit einer Elektronikbaugruppe ausgestatteten Sitzmöbeln und mindestens einem Kommunikationsgerät mit mindestens zwei verschiedenen Sende- und Empfangseinrichtungen.
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Aus der
DE 20 2010 009 554 U1 ist ein Drehstuhl bekannt, der zum einen mit einem Sensorelement zur Erfassung des von einer den Stuhl benutzenden Person erzeugten Drucks und zum anderen mit einem elektrischen Heizelement zur Beheizung der Sitzfläche und der Rückenlehne ausgestattet ist. Das Sensor- element steht mit einem Schalter zum Ein-und Ausschalten des elektrischen Heizelements in Wirkverbindung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, ein System zu entwickeln, mit dem die Sitzmöbel einer Bestuhlung oder einer sonstigen Möbelaufstellung einzeln bezüglich einiger von der Belegung abhängigen Parameter über große Distanzen mit nachgeschalteter Auswertung überwachbar sind. Das System umfasst zudem die Möglichkeit, im Sitzmöbel oder im Möbel untergebrachte Aktoren zu beeinflussen.
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Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei weist die Elektronikbaugruppe mindestens eine Rechen-, Speicher- und Auswerteeinheit, mindestens eine Stromversorgung sowie mindestens eine Mitteldistanzsende- und Empfangseinrichtung auf. Jede Elektronikbaugruppe hat mindestens eine Schnittstelle für mindestens einen Sensor und mindestens einen Aktor. Jedes Sitzmöbel weist mindestens einen Sensor auf. Das Kommunikationsgerät hat mindestens eine Mitteldistanzsende- und Empfangseinrichtung zur drahtlosen Kommunikation mit den einzelnen Sitzmöbeln. Es weist ferner mindestens eine Langdistanzsende- und Empfangseinrichtung zur drahtlosen und/oder draht- oder glasfasergestützten Kommunikation mit einem externen Server auf.
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Mit Sitzmöbel werden hier primär Stühle bezeichnet. Allerdings fallen unter die Sitzmöbel zudem nicht nur andere Sitzgelegenheiten wie Sitzbänke, Sofas, Hocker und dergleichen, sondern auch Rollstühle und Krankenhaus- oder Pflegeheimbetten.
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Gemäß dem Patentanspruch 8 wird ein Verfahren zur Auswertung der vom System nach Anspruch 1 generierten Daten sowie zur Steuerung, Regelung und Information aktiver Bauteile der in den Sitzmöbeln integrierten elektrischen oder elektronischen Bauteile bereitgestellt. Dabei steht mindestens eines der Kommunikationsgeräte mit einem Server einer Serverfarm in Verbindung. Für den Betreiber des Systems sind folgende Daten abrufbar: Die Identifikationsdaten der Sitzmöbel, die Revisionsstände der Soft- und Hardware, die Parameterdaten zumindest der Sensoren und der Aktoren sowie die Diagnosedaten für die Fernwartung und Wartungsplanung. Mithilfe der Parameterdaten sind zu jedem Zeitpunkt aktuelle Belegungspläne abrufbar. Zudem sind deren Daten für statistische Erhebungen auf dem Server oder in den Rechnern des Betreibers ausgewertet darstellbar.
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In der jeweiligen Elektronikbaugruppe der Sitzmöbel werden die Identifikationsdaten, Parameterdaten und Diagnosedaten gesammelt. Die Identifikationsdaten geben u.a. den Sitzmöbeltyp, die Sitzmöbelseriennummer, den Hersteller und ggf. den Kunden wieder. Die Parameterdaten des oder der Sensoren geben an, welche physikalischen, elektrischen und/oder chemischen Kenngrößen die Sensoren messen. Die Prozessdaten der Aktoren, Letztere sind beispielsweise akustische oder optische Alarmgeber, ein Vibrationsalarm, ein Display oder dergleichen, geben deren Schaltzustand und/oder die jeweils angezeigte Meldung wieder. Die Diagnosedaten beinhalten die Information, ob die überwachten Sensoren und/oder Aktoren funktionstüchtig sind oder bis wann sie funktionstüchtig waren.
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Mit dem Verfahren zur Auswertung der vom System generierten Daten kann der Systembetreiber - z.B. ein Facility Manager, ein Konferenzraumnutzer, ein Veranstalter oder ein Freiberufler z.B. mit Praxis oder Kanzlei - erstens ermitteln wie hoch die Sitzplatzauslastungsquote seines genutzten Gebäudes und seiner einzelnen Räume ist. Zweitens kann er feststellen, wie hoch die Auslastungsquote jedes einzelnen Sitzmöbels ist und wie viel Belegungsstunden - bezogen auf den einzelnen, identifizierbaren Stuhl - anfallen. Die letztgenannte Information hat Einfluss auf das Möbelserviceintervall. Drittens kann der jeweilige Systembetreiber ermitteln, ob alle Stühle stehen oder wie hoch die jeweilige Raumtemperatur ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform.
- 1: perspektivische Ansicht der Systembestandteile und einiger Server einer Serverfarm;
- 2: Schnitt durch ein Sitzmöbel nach 1;
- 3: vergrößerter Ausschnitt zu 2.
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Die 1 zeigt zum einen die Ecke (7) eines bestuhlten Raumes, an dessen Wand (8) ein Kommunikationsgerät (80) angeordnet ist und zum anderen eine hiervon räumlich weit entfernt gelegene Serverfarm (90), deren Server (91) nur beispielhaft mit dem Kommunikationsgerät (80) drahtgestützt verbunden ist.
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Die in der Raumecke (7) stehenden Sitzmöbel (11, 12) repräsentieren ein Stühlefeld mit nahezu beliebiger Größe. Das einzelne Sitzmöbel (11, 12) ist beispielsweise ein Freischwinger.
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Der Freischwinger (11, 12) besteht z.B. aus einem Gestell (13) und einer Sitzschale (25). Das Gestell (13) umfasst eine u-förmig gebogene Bodenauflage (14), zwei vordere Stuhlbeine (15, 16) und zwei Armlehnen (17, 18). Die aus der Bodenauflage (14) hervorgehenden Stuhlbeine (15, 16) gehen oberhalb der Sitzauflage in die Armlehnen (17, 18) über. Die beiden Stuhlbeine (15, 16) sind direkt unter der Sitzauflage mit einem rohrförmigen Querholm (21) formsteif verbunden, vgl. auch 2 und 3.
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Die Sitzschale (25) besteht aus einem Sitz (26) und einer daran angeformten Rückenlehne (27). Der Sitz (26) liegt montiert auf dem Querholm (21) auf, während die Rückenlehne (27) ca. auf mittlerer Höhe mit den Armlehnen (17, 18) fest verbunden ist.
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Gemäß der 2 und 3 ist beispielsweise mittig oder seitlich versetzt unter dem Sitz (26) eine Elektronikbaugruppe (30) angeordnet. Die Elektronikbaugruppe hat bei der gezeigten Ausführungsform ein Gehäuse (31), an dessen Bodenplatte (32) ein Batteriefach (40) und ein Elektronikfach (50) angeformt sind. Die Bodenplatte (32) ist zur Vorderkante der Sitzschale (25) hin mit einem Stützschwert (33) verlängert. Das Stützschwert (33) erstreckt sich hierbei über die gesamte Breite des Gehäuses (31). Mithilfe des Stützschwerts (33) wird das Gehäuse (31) bei der Montage der Elektronikbaugruppe (30) zwischen die Unterseite des Sitzes (26) und den Querholm (21) eingespannt. Dabei liegt der Querholm (21) an der vorderen Wandung des Batteriefachs (40) an. Um einen sicheren Halt der Elektronikbaugruppe (30) am Sitzmöbel (11, 12) zu gewährleisten, ist am Stützschwert (33) vor dem Querholm (21) ein Haltesteg (34) angeformt, sodass am Gehäuse (31) eine Einklemmnut (35) entsteht, über die der Querholm (21) formschlüssig und verrutschsicher am Stützschwert (33) anliegt. Das Stützschwert (33) verhindert das Entstehen eines Spaltraumes zwischen dem Elektronikfach (50) und der Unterseite des Sitzes (26).
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Zwischen dem Batteriefach (40), in dem mehrere Batterien (41) oder Akkumulatoren untergebracht sind, und dem Elektronikfach (50) befindet sich bei durchgehender Bodenplatte (32) eine Rechtecknut (39). Letztere dient der Adaption der Elektronikbaugruppe (30) an einen anderen Stuhltyp. Das Batteriefach (40) und das Elektronikfach (50) haben jeweils einen Deckel (45, 69), der z.B. gegenüber der Bodenplatte (32) angeordnet und damit frei zugänglich ist. Selbstverständlich kann der einzelne Deckel (45, 69) auch in der Bodenplatte (32) eingelassen sein.
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Im Elektronikfach (50), vgl. 3, das hier zusammen mit den Freischwingern (11, 12) in der Mittenlängsebene (5) geschnitten ist, ist mindestens eine Platine (53) eingebaut, die z.B. an der Bodenplatte (32) befestigt ist. Auf der Platine (53) ist mindestens eine Rechen-, Speicher- und Auswerteeinheit (55), eine Mitteldistanzsende- und Empfangseinrichtung (67), mindestens eine Schnittstelle für einen Sensor (56, 57; 58) und mindestens eine Schnittstelle für einen Aktor angeordnet. Gegebenenfalls ist die eine oder andere Baugruppe über eine zusätzliche Steckplatine mit der Platine (53) verbunden.
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Beispielsweise in den Seitenwänden des Elektronikfachs (50) sind zur Herstellung bzw. Aufnahme verschiedener Anschlüsse und Schalter teilweise unterschiedlich große Ausnehmungen angeordnet. In den Ausnehmungen oder hinter den Ausnehmungen auf der Platine (53) befinden sich Stecker oder Buchsen für verschiedene Sensor- und Aktoranschlüsse. Auch mehrere Sonderanschlüsse können vorhanden sein. An ihnen sind beispielsweise akustische Signalgeber oder optische Anzeigen wie z.B. blinkende LEDs oder ein Display für Statusmeldungen oder für andere Informationen anschließbar. Ein weiterer Anschluss dient dem Einstecken des aus dem Batteriefach (40) kommenden Versorgungskabels.
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In einer weiteren Ausnehmung ist ein Ein-/Ausschalter angeordnet, mit dem die Stromversorgung für die stuhleigene Elektronik unterbrochen werden kann.
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Als Stromversorgung (40) der Elektronik dienen z.B. mehrere Batterien (41) in Form der Standard-Rundzellen vom Typ Micro (AA) oder Mignon (AAA). Die Versorgungsspannung liegt hier bei 1 bis 3,3 V.
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In der Bodenplatte (32), im Bereich des Elektronikfachs (50), befindet sich ein z.B. auf der Platine (53) angeordneter, ggf. zweiteiliger kapazitiver Näherungssensor (56, 57). Er umfasst einen Industriesensor-IC (57), der Kapazitätsunterschiede im Hundertstel Femtofaradbereich erfasst und einen Messfühler, der zur Erkennung der Annäherung einer Person, die sich auf das Sitzmöbel setzt, aus einem Stapel verschiedener Materialien in unterschiedlicher Leitfähigkeit, unterschiedlicher Geometrie und individuellen Abständen konstruiert ist. Der Messfühler (56), der an den Industriesensor-IC (57) angeschlossen ist, ist bezüglich seiner Erkennungsdistanz auf die Wandstärke und die Materialkombination des Sitzes (26) so abgestimmt, dass unerwünschte elektrische oder elektromagnetische Störungen die Zuverlässigkeit der Messung nur unwesentlich beeinflussen.
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Der Näherungssensor (56, 57) kann als separate Baugruppe - ggf. auch weiter entfernt von der Elektronikbaugruppe (30) - über einen Steckverbinder an der Platine (53) angeschlossen sein.
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Die Sitze (26) oder Sitzschalen (25) weisen unterschiedliche Ausstattungsvarianten auf, die sich durch unterschiedliche Trägermaterialien oder Polsterung ergeben. Auch haben die verschiedenen Sitzmaterialien unterschiedliche Wandstärken. Zur Anpassung des Näherungssensors (56, 57) an verschiedene Sitzmöbeltypen oder -ausstattungen verfügt die Rechen-, Speicher- und Auswerteeinheit (55) oder ein anderer Chip über eine mittels eines Tasters manipulierbare Software. Zur Einstellung der Empfindlichkeit des Näherungssensors (56, 57) legt der Einsteller seine Hand auf die Sitzfläche und taktet den am Elektronikfach (50) angeordneten Taster manuell so lange hoch, bis das Vorhandensein der menschlichen Hand vom System erkannt wird.
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Um eine nicht autorisierte Manipulation zu verhindern, wird die Funktion des Tasters vom Einsteller z.B. über ein anschließbares USB-Kabel oder die Mitteldistanzsende- und Empfangseinrichtung (67) der Elektronikbaugruppe (30) - z.B. in Verbindung mit dem Kommunikationsgerät (80) - mit einem Wartungs-Laptop, einem Smartphon mit Wartungs-App oder dergleichen, z.B. passwortgeschützt, blockiert.
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Auf der Platine (53) ist ein Beschleunigungssensor (58) angeordnet. Der Beschleunigungssensor (58) weist in seinem Gehäuse ein mikroelektromechanisches System auf. Beispielsweise ist der Sensor ein Feder-Masse-System, bei dem eine kleine Siliziummasse an hauchdünnen Siliziumstegen so kardanisch aufgehängt ist, dass sie in allen drei Koordinatenrichtungen frei schwingen kann. Die auslenkbare Masse ist von mindestens drei ortsfesten Bezugselektroden umgeben. Nähert sich bei einer Beschleunigung die Masse einer Bezugselektrode, ergibt sich eine messbare Kapazitätsänderung. Eine im Sensor eingebaute Elektronik ermittelt daraus eine Beschleunigungsrichtung und eine Beschleunigungsamplitude. Damit ist der Sensor zum einen in der Lage, ein Verrücken bzw. Anstoßen des Sitzmöbels (11, 12) oder ein Umfallen desselben zu erkennen.
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Entsteht beim Anstoßen des Freischwingers (11, 12) ein Beschleunigungswert, der einen vorgegebenen Sollwert übersteigt, wird die Elektronik der Baugruppe aus einem sog. Sleepingmode, in dem der Stromverbrauch minimal ist, geweckt, so dass alle elektronischen Baugruppen vollständig funktionsfähig sind. Im Sleeppingmode benötigt die Elektronikbaugruppe (50) einen Strom von weniger als 5 uA.
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Fällt der Freischwinger (11, 12) z.B. durch Stühlerücken oder einer Fehlbelastung um, erkennt der Sensor (58) zum einen die damit verbundene Beschleunigung als auch die endgültige Seiten- oder Rückenlage des Sitzmöbels (11, 12). Eine Fehlbelastung entsteht unter anderem dann, wenn beispielsweise im Stuhl eines Kranken- oder Wartezimmers ein Patient, z.B. durch Einschlafen oder durch eine Ohnmacht, zur Seite kippt.
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Zur Überwachung des Gesundheitszustandes von Patienten sind, z.B. in Krankenhaussitzmöbeln, im Sitz (26) Temperatur- und Feuchtesensoren angeordnet, die an der Elektronik der Elektronikbaugruppe (30) über Kabel angeschlossen sind. Der Temperatursensor ist beispielsweise ein Halbleiter, der eine Spannung liefert, die mit der Temperatur entweder proportional steigt oder fällt.
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Der Feuchtesensor besteht beispielsweise aus zwei Elektroden, zwischen denen ein Polymerfilm als aktives Material angeordnet ist. Der Verbund aus den Elektroden und dem Polymerfilm sitzt auf einem isolierenden Träger. Die in den Sitz eindringende Feuchtigkeit durchdringt die obere Elektrode des Feuchtesensors, um so an den aktiven Polymerfilm zu gelangen. Die im Polymerfilm ankommende Feuchtigkeit ändert die zwischen den Elektroden anliegende Kapazität. Die Kapazitätsänderung ist proportional zur Änderung der relativen Feuchte. Aus der Kapazitätsänderung ermittelt ein auf der Platine (53) angeordneter Chip das Einnässen, woraufhin er eine Alarmmeldung generiert. Letztere wird über die Mitteldistanzsende- und Empfangseinrichtung (67) und das Kommunikationsgerät (80) einem Betreuungsrechner oder einem Betreuer-Smartphone zugeführt. Alternativ kann am Sitzmöbel (11, 12), z.B. in der Rückenlehne (27), auch ein stromsparender Piezosummer oder ein optisch blinkendes Display (70) angeordnet sein.
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Alle im jeweiligen Anwendungsfall nicht benötigten Sensoren (56, 57; 58) und Sensorschnittstellen sind, ebenso wie alle Aktoren und Aktorschnittstellen, einzeln oder auch gruppenweise z.B. per auf der Platine (53) sitzende Mini-Dip-Schalter oder ferngesteuert über die Mittel- und Langdistanzkommunikationen (84, 86) an- oder abschaltbar, um so den Stromverbrauch niedrig zu halten. Zusätzlich sind alle externen Anschlüsse der Elektronikbaugruppe (30) mit speziellen Schutzbauelementen vor elektrostatischen Entladungen (ESD) geschützt.
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Die einzelne Elektronikbaugruppe (30) und das oder die Kommunikationsgeräte (80) verfügen - zur Kommunikation untereinander - jeweils über eine Mitteldistanzsende- und Empfangseinrichtung (67, 83). Letztere benutzen beispielsweise eine Bluetooth- oder Bluetooth Low Energy-Funktechnik. Das einzelne Kommunikationsgerät (80) wird umgangssprachlich als Gateway bezeichnet.
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Wird der Bluetooth-Industriestandard gemäß IEEE 802.15.1 verwendet, sind zumindest in der Leistungsklasse 1 störungsfrei funktionierende Funkstrecken bis ca. 100 Meter möglich.
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Dagegen hat die Bluetooth Low Energy-Funktechnik eine geringere Reichweite. Ein zuverlässiges Vernetzen der Elektronikbaugruppen (30) mit den Kommunikationsgeräten (80) ist nur unterhalb einer Funkstrecke von 50 Metern möglich. Dafür hat jedoch die Mitteldistanzsende- und Empfangseinrichtung (67, 83) mit dieser Funktechnik einen deutlich geringeren Stromverbrauch. Dafür müssen in den bestuhlten Räumen eine größere Anzahl an untereinander vernetzten Kommunikationsgeräten (80) angeordnet werden, um alle Stühle (11, 12) drahtlos zu erreichen.
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Gegebenenfalls kommunizieren die Stühle (11, 12) mit den Kommunikationsgeräten (80) über die stromsparende Bluetooth Low Energy-Funktechnik, während die Kommunikationsgeräte (80) untereinander über die reguläre Bluetooth-Funktechnik ihre Daten austauschen. Selbstverständlich können andere Funktechniken verwendet werden.
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Die gesamte bidirektional arbeitende Mitteldistanzkommunikation (84) basiert auf einer verschlüsselten Datenübertragung. Dies gilt auch für die Langdistanzkommunikation (86).
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Die Langdistanzkommunikation (86) erstreckt sich über eine Distanz, die hier zwischen wenigen Kilometern und dem Erdumfang variiert. Für die Langdistanzkommunikation (86) mit einem externen Server (91) nutzt das Kommunikationsgerät (80) eine Langdistanzsende- und Empfangseinrichtung (85). Der externe Server (91) - eine sog. Cloud - ist Teil einer Serverfarm (90), bei der der Systembetreiber eine bestimmte Serverkapazität gemietet hat.
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In den meisten Fällen nutzt die Langdistanzkommunikation (86) mindestens zwei hintereinandergeschaltete Übertragungswege. Diese sind zum einen die LAN- oder WLAN-Verbindungen des firmeninternen Netzwerks des Systembetreibers, bei dem die Bestuhlung steht. Zum anderen schließt sich daran eine Fernübertragung an, die die Daten über ein draht- oder glasfasergestütztes Datennetz eines Drittanbieters überträgt.
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Alternativ kann das Kommunikationsgerät (80) auch drahtlos über das UMTS-Netz mit dem externen Server (91) verbunden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 5
- Mittenlängsebene
- 7
- Raumecke
- 8
- Wand mit (80)
- 11, 12
- Sitzmöbel, Stuhl, Freischwinger
- 13
- Gestell, Sitzmöbelgestell
- 14
- Bodenauflage
- 15, 16
- Stuhlbeine, vorn
- 17, 18
- Armlehnen
- 21
- Querholm
- 25
- Sitzschale
- 26
- Sitz, Teil des Gestells
- 27
- Rückenlehne, Teil des Gestells
- 30
- Elektronikbaugruppe
- 31
- Gehäuse, Einklemmgehäuse
- 32
- Bodenplatte
- 33
- Stützschwert
- 34
- Haltesteg
- 35
- Einklemmnut
- 39
- Rechtecknut
- 40
- Batteriefach, Akkufach, Stromversorgung
- 41
- Batterien
- 45
- Batteriefachdeckel, Deckel
- 50
- Elektronikfach
- 53
- Platine
- 55
- Rechen-, Speicher- und Auswerteeinheit
- 56
- Messfühler des Näherungs- oder Belegungssensors
- 57
- Industriesensor-IC des Näherungs- oder Belegungssensors
- 58
- Beschleunigungssensor
- 67
- Mitteldistanzsende- und Empfangseinrichtung
- 69
- Elektronikfachdeckel, Deckel
- 70
- Anzeigegerät, Display
- 80
- Kommunikationsgerät
- 81
- Antenne
- 83
- Mitteldistanzsende- und Empfangseinrichtung
- 84
- Mitteldistanzkommunikation, drahtlos
- 85
- Langdistanzsende- und Empfangseinrichtung
- 86
- Langdistanzkommunikation
- 90
- Serverfarm
- 91
- Server
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202010009554 U1 [0002]