(57)【要約】  本発明は、センサ（センサ部位）として構成されるコンクリート製の部位１２を少なくとも備え、部位１２の少なくとも１つの外面２０の表面近くの領域２４において、残りの部位１２よりも高い空間密度で存在する導電性骨材２２を含む電気的構成要素１０を記載する。また、構成要素１０の製造方法および使用が記載される。
2018505803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ（センサ部位）として構成されるコンクリート製の部位（１２）を少なくとも備え、前記部位（１２）の少なくとも１つの外面（２０）の表面近くの領域（２４）において残りの部位（１２）よりも高い空間密度で存在する導電性骨材（２２）を含む電気的構成要素（１０）。
【請求項２】
容量的、誘導的または抵抗的に作用するセンサ部位（１２）を特徴とする請求項１記載の電気的構成要素。
【請求項３】
前記導電性骨材（２２）が、センサとして構成される前記部位（１２）の前記外面（２０）上に、平面視で、不均一に分散されることを特徴とする請求項１または２記載の電気的構成要素。
【請求項４】
前記センサ部位（１２）の前記表面近くの領域（２４）内に、電気回路（１４）への電気的インターフェース（２６、２８）が導入されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気的構成要素。
【請求項５】
手動で作動可能なセンサ部位（１２）を有し、前記センサ部位（１２）の表面上に前記導電性骨材（２２）によって生成される光学的に知覚可能な標示を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気的構成要素。
【請求項６】
感知される構成要素に一体として配置される導電性コンクリート製のセンサを特徴とする、コンクリート構成要素の可変な構成要素の性質を検出するための請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気的構成要素。
【請求項７】
近接感応性または接触感応性コンクリート構成要素を製造するための方法であって、
ａ）生コンクリート用のコンクリートマトリクスを調製するステップと、
ｂ）導電性骨材を前記生コンクリート中に混合するステップと、
ｃ）製造される構成要素用の型枠内へ前記生コンクリートを導入するステップと、
ｄ）構成要素表面（外面）（に隣接する所定の領域）において、前記導電性骨材の少なくとも一部の空間密度を増加させるステップと、
ｅ）前記コンクリート構成要素を養生するステップと
を含む方法。
【請求項８】
ステップｂ）において、磁化の影響を受け得る骨材の少なくとも一部が混合され、ステップｄ）において、磁界が前記型枠上で形成される、請求項７記載の方法。
【請求項９】
パルス状、特には非連続的な磁界が形成されることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記導電性骨材が、前記構成要素表面上に、平面視で、不均一に分散されることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
電気接点が、ステップｃ）の前に取り付けられるか、またはステップｅ）の後に、硬化された前記コンクリート構成要素に取り付けられることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
近接感応性または接触感応性コンクリート構成要素の製造方法であって、電気的構成要素は、少なくとも二段階、すなわち、いずれの場合もいわば公知の方法による一時的な最初の段階と、いずれの場合も請求項７〜１１のいずれか１項に記載の方法による一時的な最後の段階とで、コンクリートにより固められる製造方法。
【請求項１３】
近接感応性または接触感応性コンクリート構成要素の製造方法であって、電気的構成要素は、少なくともプレキャストコンクリート部分として製造され、その後コンクリート構成要素に適用される製造方法。
【請求項１４】
電流を切り替えもしくは制御するための、および／または、可変な構成要素の性質を検出するための、請求項１〜６のいずれか１項に記載の導電性のコンクリート部位の電気的構成要素の、スイッチングまたは制御エレメントとしての使用。
【請求項１５】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気的構成要素を有し、建物内の各電気的構成要素に関する位置情報と、それぞれの場合におけるさらなるデータレコードとを記憶する中央コンピュータを有する建物において、モバイル通信機器の位置を判定するための方法であって、
ａ）前記通信機器によって前記中央コンピュータと接続するステップと、
ｂ）前記電気的構成要素の作動を要求するステップと、
ｃ）前記電気的構成要素の作動を検出するステップと、
ｄ）作動される前記電気的構成要素に割り当てられる前記さらなるデータレコードを通信機器に送信するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサとして構成されるコンクリート製の部位を少なくとも備える電気的構成要素、ならびにこのような構成要素を製造するための方法およびその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、硬化させられると圧力依存性の伝導率を呈するコンクリート混合物を開示する。これは、重量物のためのスケールを作るために用いられ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】中国特許第１０１６０２５９１号明細書
【発明の概要】
【０００４】
本発明の目的は、極めて頑丈で長持ちするセンサエレメントを作製すること、ならびにその製造および有利な用途を明示することである。
【０００５】
この目的は、少なくとも、センサとして構成されるコンクリート製の部位（センサ部位）を備える電気的構成要素によって達成され、電気的構成要素は、センサ部位の少なくとも１つの外面の表面近くの領域において残りの部位よりも高い空間密度で存在する導電性骨材を含む。本発明によれば、導電性骨材は、不均一に分散されており、実際には、表面近くの領域から離れるにつれて減少する密度で分散されている。これは、従来のコンクリート製の構成要素の製造では、水およびセメントのマトリクスにおいて骨材の分散が均質な、均一に構成される粒状構造が求められるという点で通常とは異なる。その均質性は、混合のときにすでに存在しているが、コンクリートを型枠内に導入するとき、および締固めのときにも存在している。原理上、コンクリートセンサは、導電性骨材の連続的な分散によっても機能する。本発明によれば、導電性骨材は、少なくとも構成要素のセンサ構成部位の外面に高濃度で存在し、これはその表面上または表面近くである。導電性骨材は、コンクリート製の構成要素の他の全ての骨材とは対照的に、有利に、非連続的な分散を有する一方で、残りの骨材は、構成要素において実質的に連続的または均質な分散を有する。導電性骨材は、２、４、５、７または９〜約１０質量％までの濃度の値の範囲で存在し得る。この密度または濃度は、所望され要求されるコンクリート部位の特性、たとえば、その引張強度および圧縮強度に悪影響を及ぼさないように有利に選択される。濃度に対するさらなる基準は、導電性骨材のコストである場合もある。
【０００６】
本発明によれば、原理上は、全ての種類のコンクリートがセンサ部位の製造に用いられ得る。全ての品質の通常のコンクリートおよび特殊なコンクリートの両方、繊維もしくはテキスタイルコンクリート、発泡ガラスコンクリート、軽量コンクリート、ポリマーコンクリート、高強度コンクリート、遮水性コンクリートもしくは透光性のコンクリート、または他の高性能のコンクリートが、これらの特性が導電性骨材の付加によって損なわれない限りは、あるいは損なわれない範囲で用いられ得る。
【０００７】
センサ部位の表面上で導電性骨材の空間密度または濃度が増加すると、構成要素はその場所で、残りのコンクリート部位よりも顕著に高い導電率を有する。ゆえに、コンクリート製の部位の導電率は、表面に対して垂直方向に延びる部位において非連続であり、すなわち、導電性骨材の分散に応じて非連続である。本発明は、このようにして得られたコンクリートの導電率を、主として電流の搬送、すなわち、電流導体の構成のために用いることに向けられる。長い距離のために、コンクリートは、導体として損失がある。むしろ、本発明は、導電性のセンサ部位における電圧、電気容量または抵抗の変化を検出することにより、コンクリート構成要素の比例的に低い導電率を、情報の伝達、すなわち情報伝導体の変換のために利用するという原理を追及する。
【０００８】
ゆえに、本発明は、近接感応性または接触感応性コンクリート表面の構成を可能にし、これは「タッチスクリーン原理」にしたがった壁表面の構成を可能にする。本発明による構成要素は、任意には、機械的構成要素を伴わない接触センサまたは手動で操作され得る近接センサであり得る。代替的に、本発明による構成要素は、たとえば、歪み、温度または湿度の変化など、特に搭載される構成要素の特性を検出し得る。それゆえ、本発明により構成される導電性構成要素は、たとえば、技術的な建物設備（照明、換気、暖房、データなど）および家電製品またはステレオシステムなどの他の電子機器の電流を切り替え制御するための機械的構成要素を有さない操作エレメントの基礎であり得る。本発明はゆえに、原理的に、センサ表面は、強制的な特定の局在化に晒されることがほとんどなく、建築構造内に完全に組み込まれ得ることから、センサ表面の使用、統合および配置、ならびにそのスイッチまたは制御エレメントとしての使用の可能性を拡大する。結果として、従来のスイッチの大きさの制御エレメントや、壁全体に至るほどの相当に大きな操作エレメントが、スイッチまたは制御エレメントとして構成され得る。
【０００９】
制御エレメントは、付加的に構成されてもよい。導電性コンクリート製の本発明のいくつかの構成要素は、操作面を共に形成でき、その挙動は制御ユニットによって制御される。さらに、構成要素は、整然と配置される必要がない。これらは、壁表面にわたって、同一のスペースのいくつかの壁表面にわたって、または建物全体に分散されるいくつかの壁表面にわたって、所望のように配置され得る。
【００１０】
また、本発明は、たとえば、高度に応力を受けた構成要素の変形を検出したり、重い構成要素の周期的な温度の挙動を測定したりするため、および、部屋の温度または湿度における変化を検出するために、一体化された制御機能を有するインテリジェント構成要素の構成を可能にする。
【００１１】
本発明によれば、コンクリートの有益な特性は、外形の点で大いに自由に構成可能な、耐火性、耐久性、高強度の建築材料としての感応性構成要素により伸ばされる。電圧、電気容量または抵抗の小さい変化を認識し、さらにこれらを制御命令へと処理するコンピュータユニットと一緒に、材料システムは、いわゆる「タッチスクリーン」として公知な方法で操作され得るようになる。
【００１２】
従来の、位置に基づく制御エレメントの組み込みは、それらの配置に関して、たとえば、子ども、大人または障碍者へのそれらのアクセス可能性に関して、機械的に応力を受ける部分のそれらの耐久性に関して、また、たとえば、湿気のある部屋での電気スイッチなど、環境の影響への脆弱性に関して、多数の不利益をもたらし得る。本発明は、一方で、耐火性、広領域、耐破壊性および相当に湿度に鈍感な作動エレメントを提供し得る。これは、変形、温度または湿度の変化の検出のための純粋なセンサエレメントとして、容易かつ全く目立つことなく設置でき、均等に高い耐久性および抵抗を提供する。
【００１３】
この湿度鈍感性と、本発明の構成要素を湿度変化の検出に用いる可能性とは、相反するものではない。構成要素は、本質的には湿度に鈍感ではなく、そうでなければ湿度の変化を検出できない。しかしながら、湿度の上昇は、構成要素に影響を及ぼさず、有益な影響である場合さえある。構成要素全体の挙動は、本質的には、特に目に見える具体的用途として、表面上の不浸透性が比較的高いか非常に高いという、一般的なコンクリートの特性と、骨材によって向上され、湿潤媒体において向上する傾向にある導電率とによって定められる。
【００１４】
弱帯電されたコンクリート要素の電界は、表面との接触の結果として変化する。接触により誘起される電界の変化は、必要とされる信号分解能に応じて、構成要素の適切な位置、たとえばその後ろ側の、送出フィーダによって、またはピン状の金属部品など、このような送出フィーダのグリッドを介してもたらされ、この配置は、構成要素の位置分解能を同時に画定、検出および局所化し、これは信号として信号処理ユニットに送信される。信号処理ユニットまたは制御ユニットは、自由にプログラムされ得る。信号処理ユニットは、そのプログラミングにしたがって、たとえば、照明器具、遮光装置のサーボモータ、空気調整システムの制御部などのアクチュエータまたは装置に制御コマンドを送信する。
【００１５】
信号処理ユニットは、通常は構成要素の外部に配置される。この配置を受けて、構造的または特異的な計画の検討があり得る。最終的には、これは、コンクリート構成要素そのものの中さえ、あらゆる場所に配置され得る。現在の調光ユニットに相当する、主配電または副配電（Haupt- oder Unterverteilung）への統合は実用的である。
【００１６】
本発明の有利な実施形態によれば、構成要素は、容量性、誘導性または抵抗性のセンサ部位として構成され得る。
【００１７】
容量性のセンサとして、本発明による導電性のセンサ部位は、特に、人間などの誘電体がそのすぐ近くに来るとすぐに電荷が変化する、コンデンサのプレートとして用いられ得る。
【００１８】
誘導性のセンサとしては、その動作のためには別個の制御エレメントが要求される場合がある。これは、その表面上での動作が容量的に作用するセンサエレメントを検出するコイルを用いて磁界を構築する。制御エレメントは、センサエレメントに充分近接することにより磁界に変化をもたらし、スイッチングエレメントとして、誘導性のセンサエレメントは、スイッチングのために別個の操作エレメントを要する場合がある。それゆえ、操作エレメントの要求は、スイッチングエレメントの全てまたは無断の作動を防ぎ、キーロックの原理にしたがって機能できる。
【００１９】
抵抗性のセンサとしては、導電性骨材を有する薄いコンクリートディスクを上面または表面近傍層に構成でき、それによって、このコンクリートディスクの撓みを抵抗における変化として電気的に敏感にできる。
【００２０】
コンクリート製のセンサ部位の電荷（または電圧または抵抗）の変化は、検出装置を介して判定され、制御コマンドへと処理され得る。ゆえに、構成要素は、異なる適用領域および要件にも適合することができ、接触を伴って、または接触を伴わずに操作することができる。本発明はゆえに、センサ部位において電荷、電圧または抵抗の変化を検出し、そこからスイッチングまたは制御信号を生成するという原理にしたがう。ゆえに、導電性骨材の空間密度に影響を与えることによってさらに最適化される、構成要素のより低い導電率で充分である。また、本発明によるスイッチングまたは制御エレメントは、照明器具、機械などを動作させる作用電流を直接切り替えまたは制御することがなく、スイッチングエレメントを、オペレータから確保し、好ましくは、望ましくない影響から保護する。
【００２１】
導電性骨材は、接近または接触のときに表面上のどの場所でも同一の電気反応を引き起こすために、表面範囲にわたって両方の空間方向に、表面に近いコンクリート部位の領域において均一に分散され得る。本発明のさらに有利な実施形態によれば、導電性骨材は、センサとして構成される部位の外面または構成要素表面において、平面視で不均一に分散され得る。導電性骨材は、用途に応じて、この場合は、規則的または不規則的なパターンに従い得る。導電性骨材の非連続的な分散により、近接感応性または接触感応性機能も、特定の所定のパターンに従い得る。パターンは、純粋に光学的な理由で設けられてもよい。代替的に、パターンは、たとえば、単に部分的に平坦であるが規則的な配置を通して、導電性骨材のより経済的な使用を導くなど、技術的な目的で用いられてもよい。
【００２２】
本発明のさらなる有利な実施形態によれば、構成要素は、表面近くの領域上に取り付けられるか、または領域内に挿入される、電気回路、特に電気的な制御またはコンピュータユニットに対する電気的インターフェースを備える。電気的インターフェースまたは接点は、導電性のピン、ボルト、ねじボルト、雌螺子を備えるスリーブ、クランプなどを備えてもよい。これらは、たとえば、中に挿入されることによって表面近くの領域と接触し、これにより導電性骨材に対する導電性接触を確立する。
【００２３】
表面への均一な分散により、インターフェースは、構成要素の作動に対する局所的な分解を可能にするめに、グリッド状の配置であってもよい。たとえば、正方形の部分的な表面により形成されるグリッドネットワークの交点において電気的インターフェースをグリッド状に配置することにより、センサ部位への接近または接触位置は、概してグリッドの正方形の部分的な領域の１つの中に入るので、検出することができる。部分的な表面は、その四隅の点によって局所化され得る。接近または作動の局所化により、このようなグリッド構造の個別またはいくつかの部分的な表面は、特定の異なる機能を割り当てることができ、これにより構成要素は、より複雑な操作のための基礎を提供することができる。ゆえに、グリッドネットワークのグリッドにおいて、たとえば、講義室における異なる照明体のためのスイッチ機能のように、異なる機能が、互いに上または隣に配置され得る。また、段階的なグラデーションで同一の機能を提供することも可能であるので、それによりたとえば、調光機能を構成することができる。
【００２４】
表面での導電性骨材の分散が不均一である場合、インターフェースは、有利に、不均一な分散に基づくパターンで配向され得る。
【００２５】
本発明のさらなる有利な実施形態によれば、センサ部位は、導電性骨材として、炭素、グラファイト、鉄、金属顔料または金属酸化物を有し得る。炭素は、好ましくはいわゆるカーボンナノチューブの形態で加えられ、鉄はチップまたは鋼繊維として加えられ得る。骨材の処理およびコンクリートにおける使用についてはすでに認識されている。
【００２６】
建物の壁を部分的にのみ覆って配置されるスイッチまたは制御エレメントとしての機械的な制御エレメントがなくても検出可能であるために、本発明によるセンサ部位の位置は、たとえば、建物の壁の上の着色標示により示され得る。本発明のさらなる有利な実施形態によれば、センサエレメントは、導電性の付加によりその表面上に生成される光学的に知覚可能な標示を有し得る。したがって、センサ部位自体の位置またはそれに割り当てられた機能のための別個の標示は、省略することができる。本発明による標示は、たとえば、公共のスペースにおける集中的な使用により消えないことから、概して実質的により耐久性がある。金属酸化物およびコンクリートの染色に公知である他の全ての物質は、導電性である場合は、適切な骨材として用いることができる。結果として、導電性骨材は二重の機能を有し、これにより別個の標示のための作業ステップおよび材料を省くことができ、ひいては関連するコストを省くことができる。
【００２７】
本発明による構成要素は、スイッチまたは制御エレメントの操作エレメントとしてだけではなく、たとえば、もっぱら、温度、変形または湿度などの可変な構成要素の性質を検出するためのセンサとしても使用することができる。このように、これは、導電性コンクリート製の一体に配置されるセンサとして、感知される構成要素に有利に設置され得る。ゆえに、たとえば、高応力下のコンクリート担体の伸張性の領域に配置されてもよく、担体は、本発明による構成要素がその上または中でコンクリートにより固められる、伸張性の領域側の凹部により、製造される。同様に、本発明による構成要素は、変形、部屋の湿度または温度の変化を検出するために、別の構成要素、たとえば、煉瓦壁に装着されてもよい。センサ部位の電気抵抗は、変形、部屋の湿度または温度における変化によって変化し、これはコンピュータユニットによって検出および評価され得る。
【００２８】
コンクリートは、建築材料として広範囲の可能な用途を提供する。それゆえ、本発明による構成要素は、上張り型枠としての大面積導電性構成要素の構成、より大きな構成要素に組み込まれる導電性コンクリート製の薄壁構成要素の製造、自由に配置され得る導電性コンクリート製の薄壁構成要素、すなわち、照明のスイッチまたはボタンの替わりに設置されるエレメントの製造、たとえば屋外の炊事場など、頑丈で寿命の長い屋外の領域のための導電性コンクリート用の制御エレメントの製造など、さらなる多様な用途の可能性を提供する。
【００２９】
冒頭で言及した目的は、以下のステップを有する、近接感応性または接触感応性電気的構成要素を製造するための方法によっても達成される。
ａ）生コンクリート用のコンクリートマトリクスを調製するステップ
ｂ）導電性骨材を生コンクリート中に混合するステップ
ｃ）製造される構成要素用の型枠内へ生コンクリートを導入するステップ
ｄ）構成要素表面の近くで、導電性骨材の少なくとも一部の空間密度を増加させるステップ
ｅ）コンクリート構成要素を硬化させるステップ
【００３０】
本発明による方法は、生コンクリートが型枠内へ導入され、養生させられるという点では、最初は、従来のコンクリートを固める処理と実質的に違わない。型枠はその後、一般的には除去される。型枠という語は、コンクリート構成要素を製造するために生コンクリートが中に導入される鋳型であると理解される。コンクリートが硬化した後、型枠は通常は除去される。ゆえに、型枠は、コンクリート構成要素のネガを表す。コンクリートが硬化された後に除去されない型枠（いわゆる消失性型枠）は、たとえば、構造構成内でその位置にとどまるコンクリート構成要素など、他の構成要素であってもよい。生コンクリートにより充填される構成要素内の凹部も消失性型枠であり得る。
【００３１】
従来の方法とは違って、本発明による生コンクリートのコンクリートマトリクスは、一方で、導電性骨材を含む。これらの混合時点は、たとえば、導電性骨材の処理性に依存する。原理上、導電性骨材は、実質的に任意の時点で付加でき、他の骨材と同様に処理できる。それゆえ、処理ステップａ）およびｂ）は、時系列的に連続して行われる必要はなく、同時に行われてもよい。
【００３２】
本発明によれば、一方で、生コンクリートにおける導電性骨材の少なくとも一部の空間密度は、導電性骨材の少なくとも一部が、構成要素表面または構成要素の外面上の所定の領域に位置するような方法で変更される。ゆえに、導電性骨材の一部は、構成要素の断面において不均一な分散で存在し、構成要素表面またはその近くに集中する一方で、残りの領域には存在しないか、ほとんど存在せず、すなわち、極めて低い濃度で存在する。導電性骨材はゆえに、コンクリートマトリクスとしては極めてまれであり、一般的には望ましくない不均一な分散を有するので、この点においてコンクリートを異質にする。しかしながら、このようにして、養生後および脱型後、いずれの場合でも、通常のコンクリートに対して、特に高い導電率を構成要素の外側または表面上で有するコンクリート構成要素を得ることができる。ゆえに、これは、すでに上述したように有利に用いられ得る。
【００３３】
本発明のさらなる有利な実施形態によれば、磁化の影響を受け得る骨材の少なくとも一部は、ステップｂ）において混合でき、磁界は、ステップｄ）において、本発明により調製された生コンクリートが充填された型枠上で形成され得る。磁界は、機能的および／または光学的な理由で、表面に均一または不均一に印加され得る。磁気的に影響を受け得る導電性骨材は、その空間位置において磁気的に影響を受け得る。このため、導電性骨材は、強磁性、常磁性または反磁性であってもよい。強磁性または常磁性の骨材の場合、磁界は、コンクリート構成要素の将来的な接触感応性表面により近い型枠側に印加される。反磁性の骨材の場合は、一方で、磁界は型枠の反対側で形成される。磁界の形成により、磁性および導電性骨材は、生コンクリートにおいて大部分が自由に移動している限りは、すなわち、まだ固定されていない限りは、構成要素表面またはその近くに集中させられ得る。磁界の作用による磁性の骨材の移動は、たとえば、外部、型枠または内部の振動器を通して、コンクリートを圧縮することによってさらにサポートされ得る。
【００３４】
磁界は、たとえば、型枠に恒久的または取り外し可能に直接取り付けられ得る永久磁石によって印加され得る。代替的に、磁界は、電磁気力に基づいていてもよい。本発明の有利な実施形態によれば、パルス状の磁界を形成でき、これは詳細には、連続して印加されない。一方で、磁界の強さは電流の強さを介して制御され得る一方で、エネルギーは、磁界を恒久的に維持する必要がないことによって節約され得る。磁気的に影響を受け得る導電性骨材が所定の濃度に達した後、達成された分散は、振動器が再びスイッチを切られるとすぐに再度失われるということはない。移動の可能性が全くない場合、達成されている磁性の骨材の分散は、大部分が維持される。
【００３５】
本発明のさらなる有利な実施形態によれば、導電性骨材は、平面視において、構成要素表面にわたって不均一に分散され得る。このようにして、場所によって異なる接触感度を有する構成要素表面が達成され得る。導電性骨材の不均一な分散は、たとえば、異なる強度の磁界を印加することによって、「二段階で」コンクリートを固めることによって、すなわち、型枠に、より小さい割合の導電性骨材を備えるか、または備えない生コンクリートを導入し、より高い割合の導電性骨材を備える生コンクリートを導入することによって、もたらされ得る。最後に、導電率の不均一な分散は、導電性骨材の分散が均一な、生またはすでに硬化された本発明によるコンクリート構成要素に、局所的に導電性の層を付加することによって達成され得る。導電性の層は、たとえばグラファイトセメントコーティングによる圧力またはスプレーコーティング、または薄い吹き付けコンクリート層としてもたらされ得る。
【００３６】
本発明のさらに有利な実施形態によれば、電気接点は、ステップｃ）の前に型枠内へ取り付けられるか、ステップｅ）の後に硬化されたコンクリート構成要素に取り付けられる。ステップｃ）の前に、電気接点は、コンクリートを固める間もすでに固定されるように、型枠に有利に配置および設置され得る。ゆえに、接触感応性表面を有する本発明の完成したコンクリート構成要素は、脱型の後に得られる。一方で、電気接点を型枠内に導入するための努力が回避されるべき場合には、電気接点は、たとえば、硬化されたコンクリート構成要素の脱型の後の穴に、後から取り付けられてもよい。このように、コンクリートエレメントは、場合によってはコンクリートの設置状況により良好に適合され得る。
【００３７】
本発明のさらに有利な実施形態によれば、電気接点は、ほとんど任意に選択されるパターン、たとえば、均一なグリッドで配置され得る。これらの配置は、実質的に、コンクリート構成要素における導電性骨材の分散にしたがって定められる。導電性骨材が構成要素の接触感応性表面にわたって均一に分散されている場合、電気接点の配置は、ほとんど任意に選択され得る。しかしながら、構成要素表面にわたって骨材が不均一に広がっている場合、電気接点の配置は、導電性骨材の濃度が低すぎる領域には配置されないように適合されなければならない。均一な電子接点のグリッドの場合、いずれの場合でも空間分解が可能にされ得るので、コンクリート構成要素への接近またはその接触の位置は、空間的に限定でき、それゆえより正確に検出され得る。
【００３８】
冒頭で言及した目的は、近接感応性または接触感応性電気的構成要素の製造方法によっても達成され、構成要素は二段階、すなわち、たとえば、従来のコンクリートを用いる第１段階と、導電性骨材を有するコンクリートを用いる第２段階とでコンクリートにより固められる。それゆえ、コンクリート構成要素における導電性骨材の密度が表面に向かって上昇する近接感応性または接触感応性電気的構成要素の製造は、異なる濃度の導電性骨材の層を付加することによって、２つ以上の段階でも達成され得る。層の付加は、たとえば、グラファイトセメントコーティングなどの圧力またはスプレーコーティング、または特に部品が垂直方向に製造される場合には、薄い吹き付けコンクリートコーティングを含み得る。方法の結果は、導電性添加剤を「伴わない」生コンクリート上の、導電性添加剤を有する生コンクリートの上塗りの外殻構造と考えることができる。
【００３９】
代替的な処理によれば、本発明による近接感応性または接触感応性構成要素は、少なくとも電気的構成要素がプレキャストコンクリート部分として製造され、その後任意のコンクリート構成要素、たとえば、建物のほとんど全ての壁の上に、適用または同一平面上に埋め込まれて製造され得る。構成要素そのものが、全体にプレキャストコンクリート部分として製造されてもよい。プレキャストコンクリート部分としての電気的構成要素は、すでに必要な電気接点を有し得るので、これを介して制御装置または家電製品に接続される。結果として、必要な電線の追加導入が概して顕著な支出なしに実行できるので、これは追加導入にも適している。既存の壁に埋め込まれる場合、表面と同一平面上で使用されてもよいし、または、残りの壁表面に対して、機能面として視覚的に持ち上げられるように、意図的に高さまたは深さのオフセットを備えて使用されてもよい。
【００４０】
冒頭で言及された目的は、電流を切り替えもしくは制御するため、および／または、可変な構成要素の性質を検出するための、上述の電気的構成要素または導電性コンクリート部位のスイッチングまたは制御エレメントとしての使用によっても達成される。これにより、上述した利点が得られる。
【００４１】
本発明は、電気的構成要素を有する建物内の各電気的構成要素の位置情報と各電気的構成要素に対するデータレコードとを記憶する中央コンピュータを備える建物における、モバイル通信機器の位置を判定するための方法によって、本発明による電気的構成要素の一連のさらなる可能な用途を提供する。方法は以下のステップに分割される。
ａ）通信機器によって中央コンピュータと接続するステップ
ｂ）電気的構成要素の作動を要求するステップ
ｃ）電気的構成要素の作動を検出するステップ
ｄ）作動される電気的構成要素に割り当てられるさらなるデータセットを通信機器に送信するステップ
【００４２】
モバイル通信機器は、具体的にはスマートフォンである。電気的構成要素は、ユーザによって、たとえば片手で届く位置に装着されている限り、建物内のほとんど全ての場所に配置されてもよい。これらの建物内でのそれぞれの正確な位置は、建物自体の中央コンピュータに既知である。通信機器が公知の従来の通信技術を介して中央コンピュータに接続した後、ユーザは電気的構成要素に接触し得る。接触は、上述の方法で検出され、中央コンピュータに送信される。ゆえに、通信機器のユーザの位置は、公知の、たとえば、ＧＰＳにサポートされる位置決め技術から独立して、建物内で検出でき、中央コンピュータに伝えられ得る。その後すぐに、中央コンピュータは、作動される構成要素に記憶されるさらなるデータレコードを通信機器に送信することができる。このようにして、ユーザは、単に壁表面に触れるだけで、たとえば、知らないホテルでの朝食室、スパエリアまたは避難経路などの特定の設備への道順を与えられたり、展示品に対する美術館のデータを来場者に与えたりできる。壁表面は、互いに区別できるいくつかの表面を有することもでき、いくつかの表面には、異なるデータが割り当てられて、その作動が異なる情報を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
本発明の原理は、例示を目的として、図面により以下にさらに詳細に説明される。
【００４４】
【図１】本発明による電気的構成要素の原理図である。
【図２ａ】本発明によるセンサ部位の製造の概略図である。
【図２ｂ】本発明によるセンサ部位の製造の概略図である。
【図２ｃ】本発明によるセンサ部位の製造の概略図である。
【図３ａ】センサ部位の代替的な製造方法を示す図である。
【図３ｂ】センサ部位の代替的な製造方法を示す図である。
【図３ｃ】センサ部位の代替的な製造方法を示す図である。
【図４】本発明の適用例を示す図である。
【図５】家庭での設置の第１の実施形態の断面図である。
【図６】図５の実施形態の代替的な実施形態を示す図である。
【図７】ビルでの設置のための例示的な実施形態を示す図である。
【図８】本発明による光学的なデザインの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１によれば、本発明による電気的構成要素は、コンクリート製のセンサとしての部位１２と、以下にさらに詳述される電子機器アセンブリ１４とから構成される。センサ部位１２は、箱状に構成されるので、６つの外面を備え、そのうち背面１６、互いに対向する２つの側面１８、１９および構成要素表面２０が指定される。センサ部位１２は、基本的には従来のコンクリートからなる。本発明によれば、センサ部位１２は、導電性骨材２２を付加的に含む。コンクリート製のセンサ部位１２の従来の構成要素は、センサ部位１２に均質な構造を提供するために、可能な限り均一に分散されることが知られている。一方で、導電性骨材２２は、不均一に分散される。その密度は、構成要素表面２０と直接的に隣接する表面に近い領域２４において特に高い。構成要素表面２０から背面１６に向かって見たとき、導電性骨材２２の密度は、少なくとも実質的に減少する。
【００４６】
２つのボルトは、ロッド状の導電性の接点２６、２８としてセンサ部位１２内に突出し、そこで表面近くの領域２４内に突出する。接点２６は、背面１６からほぼ構成要素表面２０まで延在し、接点２８は、側面１８から表面近くの領域２４に延在する。接点２６、２８は両方とも、表面近くの領域２４への電気的インターフェースを示し、領域２４において、導電性骨材２２は、特に高い濃度で存在している。接点２６、２８は、ライン３０を介して電流源３２および制御装置３４に接続される。
【００４７】
その構造および組成により、センサ部位１２は、その構成要素表面２０上で、そのコンクリート材料に高い導電率を与える。この構成要素表面２０の導電率は、それに影響を及ぼす、電気容量、電荷もしくは温度、変形または湿度の変化を検出するために用いられ得る。構成要素１０は結果として、いずれの場合でも、容量性センサとして、また場合によっては誘導性または抵抗性センサとして作動し得る。本発明による導電率により、構成要素表面２０は、導電性物質または誘電体のいずれかがすぐ近傍にくるとすぐに電気容量が変化する電気容量性センサの２つの電極の１つとして用いられ得る。構成要素表面２０に到達できるか、そのすぐ近くにある人間またはその手もしくは指は、たとえば、その電荷担体が概して自由に移動できない、誘電性、低導電性または非導電性の非金属性の物質として利用され得る。結果として、表面近くの領域２４の電気容量が変化する。制御装置３４は、接点２６、２８を介してその場所での電気容量の変化を感知する。そのすぐ後に、制御装置３４は、構成要素表面２０の接触により、所望の効果をもたらす信号を出力する。構成要素１０は、ゆえに接近または接触スイッチとして機能でき、これにより、たとえば、部屋の照明が切り替えられ、従来の照明スイッチは取って替わられ得る。しかしながら、従来技術とは対照的に、摩耗することになり、そして必要に応じて環境の影響に対して保護されなければならない移動部品を備える従来の機械的なスイッチはもはや必要とされない。替わりに、本発明の電気的構成要素１０が、可動部品を全く備えずに、従来のコンクリート壁におけるスイッチとして配置され得る。ゆえに、電気的構成要素１０は極めて頑丈に構成され、特に耐破壊性に構成されるので、たとえば、公共のスペースにおけるスイッチとして適切である。また、コンクリート製であることから、ほぼすべての形状およびデザインにされ得る。詳細には、面積に関する制限がないので、その結果、スイッチは、実質的に任意の所望のサイズの作用面を備えて設計され得る。
【００４８】
図２は、本発明によるセンサ部位１２を製造するための、非常に概略的な製造ステップのシーケンスを示す。コンクリートマトリクス４２は、図２ａによると、上側が開放した箱状の型枠４０内へと充填され、これは従来の骨材、水およびセメントの均質なコンクリートマトリクス、ならびに付加的な導電性骨材２２を含む。２つの電磁石４６が型枠４０の下側４４に取り付けられ、電源４８に接続される。
【００４９】
コンクリートマトリクス４２が図２ａにしたがって型枠４０内に充填された後、電磁石４６は、型枠４０に磁界を形成するように、電流により帯磁させられる。導電性骨材２２は、最初は、依然として生のコンクリートマトリクス４２において大部分が自由に移動できる。磁界の影響により、導電性骨材２２は、磁石４６の上の２つの領域２３において型枠４０に付着するので、そこでは残りの生のコンクリートマトリクス４２にける濃度よりも高い濃度を有する。この処理は、型枠４０または生のコンクリートマトリクス４２を振動させることによってさらにサポートされてもよく、これは通常コンクリートの締固めのために実行される。２つの領域２３において局地的に増加した骨材２２の密度を有して、コンクリートマトリクス４２は養生させられる。導電性骨材２２が、図２ｂにあるように、その位置および濃度を取り、コンクリートマトリクス４２が、マトリクス４２の骨材が再配置できない程度まで硬化されるとすぐに、電源４８のスイッチが切られる。
【００５０】
コンクリートマトリクス４２が硬化された後、センサ部位１２はスイッチを切られ、型枠４０から取り外されて裏返される（図２ｃ参照）。その電流構成要素表面２０では、導電性骨材２２が２つの領域２３に高い密度で集中する。図１にあるように、センサ部位１２は、いずれの場合においても、電気接点が、２つの領域２３に取り付けられ、図１の電子機器アセンブリ１４に接続されるように、構成され得る。
【００５１】
図１の表面に近い領域２４において、導電性骨材２２は、直交平面視で、構成要素表面２０上に大部分が均質に存在する。一方で、図２ｃによる構成要素表面２０は、完全に均一な導電率を有することは見込まれないが、製造中に電磁石４６が近くに置かれていた領域２３において、高い導電率を備える２つの領域を示す。導電性骨材２２の増加した密度は、結果として、構成要素表面２０から背面１６までの方向において、構成要素表面２０上に均一にも不均一にも生じ得るが、側面１８、１９の間の方向においても不均一に生じ得る。
【００５２】
永久磁石または電磁石の特定の構成が、型枠の下に取り付けられる。コンクリートの導電性および磁性粒子、すなわち、導電性を特徴付ける骨材は、コンクリートを固める処理の間に、磁力線に沿って自らを位置合わせする。最も単純な形態では、磁石システムが既存の型枠システムの下に、ほとんど「差し込み（plug-under）」で取り付けられ、これは型枠システムの適合を要しない。一体型の磁石システムによる成形システムにより、処理のより正確な制御が可能になる。
【００５３】
磁界は明確に制御される。磁石の種類、形状および強度に応じて、磁界の広がりは変化する。ネオジム磁石システムは、強磁性体よりも高く細い磁界を形成する。単純な電磁石の磁界強度は、概して永久磁石を下回る。しかしながら、電磁石は、ほぼ任意のサイズに製造でき、設計および電流フローによって電磁石を制御するという選択肢により、永久磁石よりも計算できる。磁界およびその径路を選択的に操縦し、または方向を変えることができるように、磁極の標的とされる位置合わせを通して、区別される磁界を生成することができる。
【００５４】
図３は、導電性コンクリートを製造するためのさらなる選択肢を示す。図３ａによる生のコンクリートマトリクス４２も、実質的に従来の成分と、導電性骨材２２としての追加の鋼繊維とにより構成される。均質なコンクリートマトリクス４２中への混合の後、図３ａの対向する側面４１を備える同様に箱状の型枠４０内に導入される。次の製造ステップにおいて、２つの電磁石４６が側面４１上に取り付けられる（図３ｂ参照）。生のコンクリートマトリクス４２は、このとき電磁石４６の磁気パルスに曝される。磁気インパルスの強度および周波数に応じて、まだ方向付けされていない導電性骨材２２を、磁気インパルスの配向に回転および修正することができ、あるいは、コンクリートマトリクス４２において導電性骨材２２を選択的に移動させ、経路またはストランドを形成するように空間的に集中させることができる。
【００５５】
マトリクス４２は、脱型の後、図３ｃのセンサエレメント１２を得るために、続いて硬化させられる。図３ｃは、高い導電率を備える領域２３を示しており、領域２３は、センサエレメント１２の互いに対向する側面１８、１９上に位置するが、図２ｃのセンサエレメント１２からは逸脱して、導電性コンクリート製の部位２５により互いに対して導電的に接続される。
【００５６】
対向する電磁石４６が、将来的な構成要素表面２０の近くで、図３の型枠４０に取り付けられると、センサエレメント１２において上昇した導電率を備える表面に近い領域２４も構成され得る。代替的に、センサエレメント１２における導電性骨材２２の密度が高い領域も、表面に近い部位２４を越えて付加的に構成され得る。ゆえに、たとえば、接点２６、２８（図１参照）による電気接触は、容易にでき、すなわち、センサエレメント１２内でのその空間的な広がりは縮小することができる。
【００５７】
図４は、本発明による電気的構成要素１０を操作エレメントとして使用するための実証物を示し、本発明にしたがって製造および組み付けられたコンクリートのブロック５０は、接触感応性表面５１を有している。高密度の導電性骨材は、表面５１の下の表面近くの領域に存在するので、ブロック５０の表面５１は高い導電率を有する。その下側に、ブロック５０は同様に箱状の凹部５２を有する。電球５６とその電源５８とが取り付けられたＵ字状の担体５４が取り付けられる。制御装置６０は、電球５６の電力供給用の回路内に挿入され、回路は、導電性のピン６２を介してコンクリートブロック５０と、または表面５１の下の表面近くの領域と導電接触している。ユーザがブロック５０の表面５１に触れるとすぐに、制御装置６０は表面５１上での電気容量の変化を感知し、電球５６の電源５８を入れる。表面５１のさらなる接触は、再び制御装置６０を作動させ、その後すぐに電源５８のスイッチを切る。
【００５８】
図５は、家庭での設置用のスイッチとしての、構成要素１０の第１の可能な用途を示す。本発明によれば、センサ部位１２は、２つの部屋を互いから分離するコンクリート壁７０の一部である。センサ部位１２は、ユーザが従来の照明のスイッチを期待するコンクリート壁７０内の位置へと埋められる。ユーザが、その他の点では均質な壁７０においてセンサエレメント１２の位置を見つけることができるように、センサエレメント１２の位置は、コンクリート壁７０上の標示（図示せず）によって示される。センサエレメント１２は、単純な形式で示されるリード線３０により制御装置３４に接続される。要求に応じて、制御装置３４は、天井７３の下のケーブル７５を介して家庭用電力を供給される部屋の照明７４のスイッチを入れる。
【００５９】
ユーザは、照明７４のスイッチを入れることを望む場合、標示７２内のコンクリート壁７０、ひいてはセンサ部位１２に触れる。図１に記載の方法では、制御装置（図示せず）は、センサ部位１２の接触を感知し、その後照明７４の供給電流のスイッチを入れる。原理上、照明７４は、再びスイッチを切ることもできる。したがって、本発明によれば、照明７４自体の供給電流の標準２２０Ｖ電圧は、センサ部位１２、すなわち、照明７４への電源が切り替えられる領域には印加されない。その替わりに、実質的により低い制御電流がリード線３０を通って流れ、センサエレメント１２での電気容量の変化のみを検出し、制御装置に送信する。ゆえに、本発明によるセンサエレメント１２および関連付けられる電気的ユニットは、従来の照明用のスイッチ構成よりも危険でない。
【００６０】
図６は、図５のものに代替的なコンクリート壁の実施形態を示す。図５の実施形態から逸脱して、コンクリート壁７６は、全体的に、本発明によって製造される導電性コンクリートから構成される。それゆえ、その表面全体が、図１のセンサ部位１２を示す。これは、接点（図示せず）およびリード線３０を介して制御装置３４に接続され、制御装置３４は、照明７４の供給電流を切り替える。
【００６１】
ユーザがどの場所で壁７６に触れても、制御部３４は電気容量の変化を検出する。制御部３４はその後すぐに、照明７４に対する電源をオンまたはオフにする。したがって、照明スイッチの機能は、コンクリート壁７６の表面全体に適用されるので、局所に限られたスイッチおよびセンサエレメント１２の標示（図５参照）は、もはや必要とされない。
【００６２】
図７は、建物の設備を切り替えるための本発明によるセンサエレメント１２の使用に関する例示的な実施形態を示す。大領域で矩形のセンサエレメント１２は、４つの行および２つの列のパネル８２から構成される。パネル８２は、内部空間の壁の上に垂直方向に取り付けられ、リード線８４を介して制御電子ユニット８６に接続される。制御電子ユニット８６は、照明ユニット８８および換気ユニット９０から部屋の設備へパネル８２を連結させる。制御電子ユニット８６は、左側の列８３のセンサエレメント１２が接触中に電力の増加を排除する一方で、右側の列８３のセンサエレメント１２の接触が減少を引き起こすように、構成および設定される。センサエレメント１２の各行は、いずれの場合も互いに隣接して配置される２つのセンサエレメント１２が同一の建物設備に割り当てられ、すなわち、最も上の行は照明ユニット８８に割り当てられ、その下の第２の行は換気ユニット９０に割り当てられ、続くその下の行はリード線に割り当てられ、最も下の行は、たとえば、スピーカー装置に割り当てられる。ゆえに、パネル８２は、平らで遮るものはないが、その材料に基づいて、建物設備のための設計が容易な操作ユニットを表し、これは、別個に取り付けられて装飾されてもよいし、建物の壁の中に統合されてもよい。ゆえに、パネル８２は、追加導入として使用されてもよいし、建物の最初の装備の過程で用いられてもよい。特に追加導入としては、パネル８２は、リード線８４に由来するリスクの低さに関してその強さを示すことができる。
【００６３】
パネル８２は、あらかじめ複数のセンサエレメント１２からなるモジュールデザインとされ、パネル８２は、図７に示されるように、個別のスイッチング機能を設けられてもよいし、たとえば６つの複合フィールドの、単一のスイッチング機能のみを共に提供してもよい。複合フィールドは、調光機能の構成に特に適切であり、これによれば、左側の列８３は、照明ユニット８８を制御、たとえば、下側に「スイープ（gestrichen）」してより明るくし、また一方で上側に「スイープ」してより暗くする。右側の列も同様に操作でき、空気調整装置をより暖かく、またはより涼しく設定することができる。パネル８２は、有利に、あらかじめ作製されたシステムとして構成でき、図７に示されるように、カーテン状エレメントとして既存の壁の前に取り付けられるか、または建物の構造に完成部品として一体化される。
【００６４】
図８は、コンクリート構成要素の電磁的構成のための型枠システム１００の基本的な構成を示す。型枠システム１００は、コンクリート構成要素用の型枠（図示せず）上に外側から取り付けられるか、または型枠内部に取り付けられ得る電磁性の正方形のマトリクス１１０を備える。これは、それぞれが正方形である４８×４８の電磁石１１２から構成される。各電磁石１１２は、リード線１１３を介して中央処理装置（ＣＰＵ）１１４に電気的に接続され、そこから個別に制御され、すなわち、スイッチをオンまたはオフにされ得る。スイッチを入れられた電磁石１１２は、図８において黒色であり、スイッチを切られた電磁石１１２は白色で示されている。中央処理装置１１４は、所定のパターン１１６に基づいて電磁石１１２を制御し、電磁石を４８×４８のグリッドへと変換し、それに応じて局所の電磁石８２を制御する。パターン１１６は、１つまたはそれぞれの従来のグラフィックプログラムによって作成され、プログラミングの場合と同様に、たとえば、ＣＮＣ制御のフライス盤によって処理され得る。
【００６５】
導電性および磁性骨材という添加剤を有する生のコンクリートマトリクスを型枠内に導入した後、中央処理装置１１４は、黒色で印をつけた電磁石１１２のスイッチを入れると、これらは磁界を構築する。そうすると、高濃度の導電性骨材が、スイッチを入れられた電磁石１１２の領域において列をなす。これは、所定のパターン１１６を、導電性骨材の密度の分散として、図２に関するコンクリートに反映する。結果として、コンクリート壁は、その表面での導電率が増加し、これはパターン１１６に対応する。導電性骨材がコンクリートを着色する特性も有している場合、パターン１１６は、コンクリート表面上に現れ、導電率が増加した領域を視覚的に反映する。
【００６６】
詳細に記載された前述の電気的構成要素またはセンサエレメントは例示的な実施形態であるので、これらは当業者によって、本発明の範囲から逸脱することなく従来の方法で変更され得る。詳細には、型枠の構造のコンクリート成形は、本明細書に記載のものとは別の形状にしたがってもよい。また詳細には、構成要素は、スペースまたはデザインの理由から必要である場合には別の形態で構成されることもできる。本明細書のコンクートは多様なデザインの可能性を提供する。さらに、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」の使用は、関連する特徴が複数以上で存在するという事実を排除するものではない。
【符号の説明】
【００６７】
１０  電気的構成要素
１２  センサエレメント
１４  電子機器アセンブリ
１６  背面
１８、１９  側面
２０  構成要素表面
２２  導電性骨材
２４  表面に近い領域
２５  導電性部位
２６  接点
２８  接点
３０  リード線
３２  電源
３４  制御ユニット
４０  型枠
４２  コンクリートマトリクス
４４  下側
４６  電磁石
４８  電源
５０  ブロック
５１  表面
５２  凹部
５４  担体
５６  電球
５８  電源
６０  制御装置
６２  接触ピン
７０  コンクリート壁
７２  照明
７３  カバー
７４  照明
７５  ケーブル
７６  導電性コンクリート壁
８２  パネル
８３  列
８４  リード線
８６  制御電子ユニット
８８  照明ユニット
９０  換気ユニット
１００  型枠システム
１１０  電磁性マトリクス
１１２  電磁石
１１３  リード線
１１４  中央処理装置
１１６  パターン
【図１】
2018505803.tif 000003
【図２ａ】
2018505803.tif 000004
【図２ｂ】
2018505803.tif 000005
【図２ｃ】
2018505803.tif 000006
【図３ａ】
2018505803.tif 000007
【図３ｂ】
2018505803.tif 000008
【図３ｃ】
2018505803.tif 000009
【図４】
2018505803.tif 000010
【図５】
2018505803.tif 000011
【図６】
2018505803.tif 000012
【図７】
2018505803.tif 000013
【図８】
2018505803.tif 000014
【国際調査報告】
2018505803.tif 000015
2018505803.tif 000016
2018505803.tif 000017
2018505803.tif 000018