Устройство для автоматического открывания и закрывания окон
AUTOMATIC WINDOW OPENING AND CLOSING DEVICE

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для автоматического открывания и закрывания окон для естественного проветривания помещений с контролируемым климатом при отсутствии системы кондиционирования.
Оно может быть использовано в жилых, офисных, производственных помещениях, теплицах, транспортных средствах для автоматического проветривания помещений и поддержания установленных климатических параметров (температура, влажность, содержание углекислого газа).
Известно автоматическое устройство открывания или закрывания окна, использующее ведущий ролик, и окно, его содержащее (RU 2664212, 18.03.2015 г.), предназначенное для автоматического открывания или закрывания подъемного скользящего оконного блока, соединенного с возможностью плавного скольжения с направляющей оконной рамы. Устройство содержит приводной двигатель и ведущий ролик, установленный для вращения на той же самой осевой линии с вертикальным валом, который вращается за счет мощности, передаваемой от приводного двигателя, и входящий в контакт с одной поверхностью прилегающего подъемного скользящего оконного блока на его внешней периферии для того, чтобы плавно открывать и закрывать оконный блок, при этом ведущий ролик с помощью средства скольжения поднимается в виде единого целого с подъемным скользящим оконным блоком на заданную высоту с направляющей во время операции открывания или закрывания. Средство скольжения содержит выступающую часть, образованную в форме многоугольной колонны, которая выступает в осевом направлении из торцевой поверхности вертикального вала и соединительную желобковую часть, образованную так, чтобы соответствовать вращающемуся валу ведущего ролика, таким образом, чтобы выступающая часть могла быть соединена за счет скольжения в осевом направлении. Данное устройство возможно использовать только для скользящих оконных блоков по прямолинейной направляющей и не позволяет использовать его для поворотных окон.
Известна система автоматического проветривания теплицы (RU 135486, 08.04.2013 г.), характеризующаяся тем, что включает П-образную металлическую раму с системой крепления на верхнем продольном несущем элементе теплицы в непосредственной близости от форточки, на которой жестко закреплен электродвигатель постоянного тока с понижающим редуктором, наружный и внутренний концевые выключатели и металлическая резьбовая штанга, прикрепленная одним концом к выходному валу редуктора, второй конец штанги свободно вращается в отверстии в противоположном от электродвигателя конце рамы. На резьбовой штанге расположена металлическая резьбовая втулка с прикрепленной к ней металлической площадкой, на которой посредством шарнира закреплен один конец металлической тяги, состоящей из двух регулируемых частей, а второй конец тяги снабжен шарниром для крепления к форточке теплицы. Также на площадке закреплены специальные стопоры для концевых выключателей. В состав системы входит блок управления и блок питания, при этом блок управления включает в себя цифровой датчик температуры и центральный микропроцессорный блок, принимающий информацию об измеренной температуре от датчика и выдающий в зависимости от программы необходимый сигнал на реле, через которые подается питающее напряжение на двигатель, а также набор управляющих реле, через которые на двигатель подается прямое или инвертированное напряжение питания. Система ограничена регулированием только от одного параметра (температуры), и угол открытия форточки теплицы ограничен жесткой прямолинейной направляющей (металлическая резьбовая штанга).
В качестве прототипов к заявляемому устройству выбраны два устройства, как наиболее близкие по технической сущности:
1. Устройство для автоматического проветривания теплиц (RU 2677309, 02,04.2018 г.). Устройство содержит электропривод на основе мотор-редуктора с валом вращения, жестко закрепленном на раме теплицы, блок управления мотор-редуктором на основе микроконтроллера с электронным датчиком температуры и измерителем тока потребления мотор-редуктора и две гибкие тяги, передающие усилие с вала мотор-редуктора на две форточки, открывающиеся под действием пружины и/или гравитации. Гибкие тяги выполнены в виде строп, намотанных широкой стороной стропы в одном направлении на шкив, жестко соединенный с валом мотор-редуктора, ширина которого равна или больше ширины стропы, причем первые концы гибких тяг соединены вместе и зафиксированы без скольжения на шкиве, а вторые концы гибких тяг разделены и присоединены к форточкам с помощью эластичного элемента. Устройство содержит регулировку длины каждой из гибких тяг и минимум два ролика, направляющих гибкие тяги таким образом, чтобы от шкива до роликов гибкие тяги двигались вместе, а от роликов до форточек раздельно. Режимы проветривания отличаются разными температурами открытия и закрытия форточек. Программный код микроконтроллера обеспечивает периодическое включение мотор-редуктора в направлении открытия форточки при температуре выше оптимального диапазона и периодическое включение мотор-редуктора в направлении закрытия форточки при температуре ниже оптимального диапазона. Устройство обеспечивает угол открытия форточек не более 90 градусов. Устройство позволяет регулировать температуру внутри тепличного сооружения в заданных программой значениях в соответствии с показателями датчика температуры. Недостатки устройства: возможно только открывание форточек «вниз», угол открытия не более 90градусов, регулирование происходит только в зависимости от температуры.
2. Автоматическое устройство для открывания окон (RU 181118, 28.11.2017 г.), содержащее электродвигатель с редуктором, механизм открывания закрывания, связанный одним концом с выходным валом редуктора, блок питания и электронный блок с процессором, включающий цифровой датчик температуры, датчик углекислого газа, модуль Wi-Fi, транзисторные ключи, компоненты для питания, органы управления и индикации. При этом возможно изменять режим работы устройства в зависимости от информации от соответствующих датчиков об измерении температуры или содержания углекислого газа, от информации с расписанием точного времени открытия и закрытия. Устройство выполнено с возможностью настройки от автономного пульта. В данном устройстве режим работы зависит только от параметров внутри помещения (температура, содержание углекислого газа) и открывание окна происходит только на малый фиксированный угол.
Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипами показал, что заявляемое устройство отличается по способу открывания и закрывания оконной створки - по гибкой профильной направляющей переменной жесткости (в прототипе - гибкая тяга в виде строп намотанных на шкив), а также по способу регулирования режима работы - в зависимости от показаний датчиков как внутренних, так и внешних климатических параметров (в прототипе - внутренние параметры). Также предлагаемое устройство позволяет открывать закрывать створки вручную, без демонтажа и расцепления устройства с помощью инструментов. Таким образом, устройство позволяет автоматически открывать и закрывать окна и оптимизировать режим естественного проветривания помещений без ограничения функции ручного открывания/закрывания.
Целью настоящего изобретения является оптимизация режима естественного проветривания помещений при отсутствии систем кондиционирования, закрытия/открытия в случае дождя, то есть возможность контролировать климатические параметры одновременно в ручном и автоматическом режиме.
Эта цель достигается устройством для автоматического открывания и закрывания окон. Техническим результатом настоящего изобретения является возможность автоматического (и при необходимости ручного) открывания по профильной направляющей поворотной створки окна в положение «вниз», «вверх» или «вбок», исходя из ее функциональных  возможностей,  на угол до 180градусов, что позволяет расширить диапазон применения данного устройства для жилых, офисных и производственных помещений, в том числе теплиц, а также транспортных средств. Автоматическое регулирование режимов открывания и закрывания окна производится в соответствие с заданными климатическими параметрами как внутри помещения (температура, содержание углекислого газа), так и в зависимости от внешних параметров (температура, осадки), за счет использования соответствующих датчиков и передачи от них данных на блок управления контактным или бесконтактным способом.
Предложенное устройство содержит электропривод на основе мотор-редуктора, блок питания, электронный блок управления, включающий цифровые датчики контроля климатических параметров и датчик, контролирующий угол раскрытия створки, и соответствующее программное обеспечение, гибкий привод, передающей усилие от мотора-редуктора к оконной створке. Согласно изобретению в качестве гибкого привода используют профильную гибкую направляющую с переменной жесткостью, выполненную из полимерного, металлического или композиционного материала, при этом один конец направляющей закреплен на неподвижной части окна, второй конец направляющей находится в свободном пространстве, либо может быть прикреплен к неподвижной конструкции. Мотор-редуктор, закрепленный на подвижной створке окна, двигается по гибкой направляющей по принципу реечной или гибкой передачи открывая или закрывая окно в соответствие с программой, которая регулируется заданными исходными и переменными текущими климатическими параметрами, поступающими от датчиков на блок управления. Направляющая расправляется при открытии створки и сворачивается в момент закрытия. Мотор-редуктор подпружинен в корпусе на направляющей, жестко обжимает ее с двух сторон, нажатием кнопки выходит из зацепления с направляющей, позволяя свободно двигать мотор-редуктор со створкой по направляющей.
Изобретение поясняется иллюстративным материалом на фиг. 1-3.
Работает устройство следующим образом.
На подвижной створке, максимально далеко по техническим возможностям от оси вращения створки, установлен мотор-редуктор [1], который двигает створку по направляющей [2]. Направляющая проходит через мотор-редуктор. По направляющей движется створка [3] окна с двигателем. Один конец [4] направляющей закреплен на неподвижной части окна (или на стене около окна) (фиг. 1), второй конец направляющей закреплен на обратной стороне полуокружности вращения створки (фиг. 2) или не закреплен [5] (фиг. 3). Направляющая представляет собой гибкий профильный стержень (трос, ленту) переменной жесткости. Направляющая может быть изготовлена из полимерного, металлического или композиционного материала. Направляющая может иметь дугообразную, П-образную, S-образную, W-образную форму. В сечении направляющая имеет профиль, позволяющий осуществлять продвижение двигателя вдоль направляющей по принципу реечной, винтовой или гибкой передачи. Режим работы мотор-редуктора контролируется через установленный на подвижной створке окна датчик, либо датчик-энкодер, установленный в мотор-редукторе, считывающий разметку на направляющей. Датчик определяет степень открытия створки окна от 0 до 180 градусов. Блок управления расположен в непосредственной близости от окна, в удобном для потребителя месте, но в зоне воздействия на мотор-редуктор. На блок управления поступают данные от датчиков, расположенных внутри помещения (в месте, где необходимо поддерживать определенную температуру, уровень углекислого газа), и датчиков, расположенных на внешней поверхности окна (датчик температуры, датчик осадков).  Соответствующее программное обеспечение обрабатывает полученные данные и через параметры датчика, контролирующего степень открытия створки, определяет режим работы устройства для автоматического открывания и закрывания окна с целью создания оптимального климата внутри помещения исходя из заданных параметров.