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Rauchmelder - Dokument EP0821331
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation EP0821331 05.12.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0821331
Titel Rauchmelder
Anmelder Siemens Building Technologies AG, Zürich, CH
Erfinder Riedi, Urs, 8640 Rapperswil, CH;
Durrer, Bernhard, 8832 Wilen-Wollerau, CH;
Hess, Dr., Kurt, 8633 Wolfhausen, CH
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 59609838
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, ES, FI, FR, GB, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 22.07.1996
EP-Aktenzeichen 961117520
EP-Offenlegungsdatum 28.01.1998
EP date of grant 30.10.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.12.2002
IPC-Hauptklasse G08B 17/107

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Rauchmelder mit einem in einem Sockel befestigbaren Meldereinsatz mit einem Optikmodul, welches eine Lichtquelle, einen Lichtempfänger, eine Messkammer, eine Zentralblende, einen Boden und ein Labyrinthsystem mit an der Peripherie der Messkammer angeordneten Blenden aufweist.

Bei Rauchmeldern dieser Art, die als Streulichtrauchmelder bezeichnet werden, und die gegebenenfalls neben dem Optikmodul noch einen weiteren Sensor, beispielsweise einen Temperatursensor, enthalten können, ist bekanntlich das Optikmodul so ausgebildet, dass störendes Fremdlicht nicht und Rauch sehr leicht in die Messkammer eindringen kann. Lichtquelle und Lichtempfänger sind so angeordnet, dass keine Lichtstrahlen auf direktem Weg von der Quelle zum Empfänger gelangen können. Bei Anwesenheit von Rauchpartikeln im Strahlengang wird das Licht der Lichtquelle an diesen gestreut und ein Teil dieses gestreuten Lichts fällt auf den Lichtempfänger und bewirkt ein elektrisches Signal.

Die Fehlalarmsicherheit solcher Streulichtrauchmelder hängt unter anderem ganz wesentlich davon ab, dass tatsächlich nur an Rauchpartikeln gestreutes Licht der Lichtquelle auf den Lichtempfänger gelangt, und dass das sogenannte Untergrundlicht, sei dies Fremdlicht von aussen oder an Teilen des Optikmoduls oder an anderen als an Rauchpartikeln gestreutes Licht, unterdrückt wird. Die Unterdrückung des Untergrundlichts erfolgt bei den bekannten optischen Rauchmeldern, beispielsweise auch bei dem in der DE-A-44 12 212 beschriebenen, durch Absorption des Untergrundlichts an matten Flächen, zu welchem Zweck die entsprechenden Teile des Optikmoduls aus einem schwarzen Kunststoff mit einer matten Oberfläche bestehen. Trotzdem ist aber der durch Untergrundlicht verursachte Signalpegel, der sogenannte Grundpuls, noch immer relativ hoch, und es besteht der Wunsch nach einer Reduktion des Grundpulses.

Durch die Erfindung soll nun ein Rauchmelder der eingangs genannten Art angegeben werden, bei dem der Grundpuls gegenüber den heute bekannten Rauchmeldern wesentlich reduziert ist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass bestimmte, bezüglich der Entstehung von Untergrundlicht kritische, Teile des Optikmoduls eine glänzende Oberfläche aufweisen und so ausgebildet sind, dass das nicht absorbierte Licht in eine definierte Richtung reflektiert wird.

Die erfindungsgemässe Lösung bewirkt eine drastische Verringerung des Grundpulses, weil die genannte definierte Richtung so gewählt werden kann, dass in diese reflektiertes Licht sicher nicht stört. Beispielsweise kann man diese Richtung so wählen, dass das nicht absorbierte Licht mehrmals reflektiert und dadurch praktisch vollständig vernichtet wird. Denn da von den glänzenden schwarzen Flächen nur etwa 5% des auftref-fenden Lichts nicht absorbiert und reflektiert werden, bedarf es nur einiger Reflexionen bis nur noch ein nicht mehr störender Bruchteil des ursprünglichen Untergrundlichts vorhanden ist.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Rauchmelders ist dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Teile des Optikmoduls die Peripherieblenden, die Zentralblende und die dem Boden gegenüberliegende Decke der Messkammer umfassen. Eine zweite bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass noch weitere Teile oder die gesamte Innenseite des Optikmoduls eine glänzende Oberfläche aufweisen.

Bei einer dritten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Rauchmelders ist das Optikmodul mit einem Spritzgusswerkzeug hergestellt, welches zumindest an den zur Herstellung der genannten glänzenden Oberflächen vorgesehenen Teilen eine zur Erzielung einer glänzenden Oberfläche ausreichende Oberflächengüte aufweist.

Eine vierte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Rauchmelders ist dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgusswerkzeug an den genannten Teilen eine polierte Oberfläche aufweist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1
einen Querschnitt durch einen Streulichtrauchmelder im Niveau der optischen Achse von dessen Optikmodul, mit Blickrichtung gegen den Boden des Optikmoduls; und
Fig. 2
einen schematischen Schnitt nach der Linie II-II von Fig. 1 in einem gegenüber Fig. 1 verkleinerten Massstab.

Der dargestellte Streulichtrauchmelder besteht in bekannter Weise aus einem Meldereinsatz 1, der in einem vorzugsweise an der Decke des zu überwachenden Raums montierten Sockel (nicht dargestellt) befestigbar ist, und aus einer über den Meldereinsatz 1 gestülpten Melderhaube 2, die im Bereich ihrer im Betriebszustand des Melders gegen den zu überwachenden Raum gerichteten Kuppe mit Raucheintrittsschlitzen 3 versehen ist. Der Meldereinsatz 1 umfasst im wesentlichen einen schachtelartigen Basiskörper, an dessen der Melderkuppe zugewandter Seite ein von einer Seitenwand 4 umgebenes Optikmodul 5 und an dessen dem Meldersockel zugewandter Seite eine Leiterplatte mit einer Auswerteelektronik (nicht dargestellt) angeordnet sind. Dieser Melderaufbau ist bekannt und wird hier nicht näher beschrieben. Es wird in diesem Zusammenhang beispielsweise auf die Melder der Reihe AlgoRex (AlgoRex - eingetragenes Warenzeichen der Cerberus AG) und auf die europäische Patentanmeldung Nr. 95117405.1 verwiesen.

Das Optikmodul 5 besteht im wesentlichen aus einer Lichtquelle 6, einem Lichtempfänger 7, einer Messkammer 8, einem Labyrinthsystem aus an der Innenseite der Seitenwand 4 angeordneten Peripherieblenden 9, einer zentralen Blende 10 und einem Boden 11. Die optischen Achsen der durch eine Infrarot-Leuchtdiode (IRED) gebildete Lichtquelle 6 und des Lichtempfängers 7 liegen nicht auf einer gemeinsamen Geraden, sondern weisen einen geknickten Verlauf auf, wobei nahe beim Schnittpunkt die zentrale Blende 10 angeordnet ist. Die Seitenwand 4 und der Boden 11 schirmen die Messkammer 8 gegen Fremdlicht von aussen ab, und die Peripherieblenden 9 und die zentrale Blende 10 verhindern, dass Lichtstrahlen auf direktem Weg von der Lichtquelle 6 zum Lichtempfänger 7 gelangen können. Die Peripherieblenden 9 dienen ausserdem zur Unterdrückung des sogenannten Untergrundlichts, welches von unerwünschten Streuungen oder Reflexionen verursacht ist. Je besser das Untergrundlicht unterdrückt wird, desto tiefer ist der Grundpuls, das ist dasjenige Signal, das detektiert wird, wenn in der Messkammer 8 kein Rauch vorhanden ist. Der Schnittbereich des von der Lichtquelle 6 ausgesandten Strahlenbündels und des Gesichtsfeldes des Lichtempfängers 7 bilden den nachfolgend als Streuraum bezeichneten eigentlichen Messbereich.

Die Lichtquelle 6 sendet kurze, intensive Lichtpulse in den Streuraum, wobei der Lichtempfänger 7 zwar den Streuraum, nicht aber die Lichtquelle 6 "sieht". Das Licht der Lichtquelle 6 wird durch in den Streuraum eindringenden Rauch gestreut, und ein Teil dieses Streulichts fällt auf den Lichtempfänger 7. Das dadurch erzeugte Empfänger-Signal wird von der Elektronik verarbeitet. Selbstverständlich kann der Rauchmelder neben dem im Optikmodul 5 enthaltenen optischen Sensorsystem noch weitere Sensoren, beispielsweise einen Temperatur- und/oder einen Gassensor enthalten.

Wenn in dem zu überwachenden Raum Rauch entsteht und zum Rauchmelder aufsteigt, dann dringt er in die Raucheintrittsschlitze 3 und strömt in diesen in horizontaler Richtung an den trichterförmig ausgebildeten Boden 11. Der Boden 11 weist eine sieb- oder gitterartige Struktur auf und ist an seiner Aussenseite mit sternförmig angeordneten Rippen 12 versehen, durch die der Rauch an den Boden herangeführt wird. Dadurch strömt der Rauch in vertikaler Richtung in die Messkammer 8 und in den Streuraum.Durch die trichterförmige Ausbildung weist der Boden 11 von der Messkammer einen wesentlich grösseren Abstand auf als dies bei einem flachen Boden der Fall ist. In die Messkammer 8 eingedrungene Staubpartikel, die das Licht der Lichtquelle 5 streuen und daher wie Rauchpartikel wirken, lagern sich in der Kuppe des Bodens 11 ab und befinden sind dort ausserhalb des Einfallsbereichs der Strahlung der Lichtquelle 6, wodurch der Störeinfluss dieser Rauchpartikel drastisch reduziert wird.

Wie den Figuren zu entnehmen ist, weist der trichterförmige Bereich des Bodens 11 die Form einer Pyramide oder eines Pyramidenstumpfes auf, wobei sämtliche Seitenflächen der Pyramide die schon erwähnte sieb- oder gitterartige Struktur haben. In Fig. 1 ist aus Gründen der deutlicheren Erkennbarkeit nur bei einer der Pyramidenflächen eine solche gitterartige Struktur 13 schematisch angedeutet. Die Rippen 12 an der Aussenseite des Bodens 11 sind vorzugsweise entlang der Pyramidenseitenkanten angeordnet.

Die Wahrscheinlichkeit des Störeinflusses von auf dem Boden 11 abgelagerten Staubpartikeln wird durch eine spezielle Ausbildung des Bodens weiter verringert. Diese besteht darin, dass der Boden 11 an seiner Innenfläche mit einer Vielzahl von vertikal nach oben ragenden Lamellen 14, 15 versehen ist, wobei deren Anordnung, Anzahl, Höhe und gegenseitiger Abstand so gewählt sind, dass aus der Messkammer auf den Boden fallendes Licht vor Erreichen des Bodens auf eine der Lamellen trifft, und dass der Lichtempfänger 7 vom Boden 11 nur die Lamellen 14, 15 sieht. Dadurch wird die Gefahr der Streuung des Lichts an Staubpartikeln wesentlich geringer, da der Staub viel eher auf dem Boden liegenbleibt, als dass er an den vertikalen Wänden der Lamellen haftet. Zusätzlich zur Abschirmung des Bodens 11 gegen Licht aus der Messkammer 8 schirmen die Lamellen 14, 15 den Lichtempfänger 7 gegen Fremdlicht von aussen ab.

Darstellungsgemäss sind nicht alle Pyramidenflächen mit Lamellen versehen, sondern nur die der Lichtquelle 6 und die dem Lichtempfänger 7 gegenüberliegende und die zwischen diesen beiden Flächen eingeschlossene Pyramidenfläche. Die der Lichtquelle 6 und dem Lichtempfänger 7 gegenüberliegenden Pyramidenflächen sind mit parallel zur Grundkante der Pyramide orientierten Längslamellen 14 und die zwischen diesen Flächen eingeschlossene Pyramidenfläche ist mit mit mindestens einer Längslamelle 14 und mit mehreren senkrecht zu dieser orientierten Querlamellen 15 versehen. Die Längslamellen 14 verlaufen zumindest annähernd senkrecht zur optischen Achse der gegenüberliegenden Lichtquelle bzw. des gegenüberliegenden Lichtempfängers. Die Querlamellen 15 dienen in erster Linie zur optischen Entkopplung von Lichtquelle 6 und Lichtempfänger 7.

Der Boden 11, der ebeno wie der ganze Meldereinsatz 1 (mit Ausnahme von Lichtquelle 6 und Lichtempfänger 7) aus einem geeigneten Kunststoff besteht und als Spritzgussteil hergestellt ist, weist an seinem Rand mehrere Einrastorgane auf (nicht dargestellt), die zur lösbaren Verbindung des Bodens 11 mit der Seitenwand 4 des Optikmoduls 5 (Fig. 2) vorgesehen sind.

Zur noch besseren Absorption von Untergrundlicht weisen zumindest bestimmte Teile des Optikmoduls 5, insbesondere die Peripherieblenden 9, die Zentralblende 10 und die dem Boden 11 gegenüberliegende Decke der Messkammer 8, anstatt der bisher üblichen matten Oberflächen glänzende, d.h. reflektierende, Oberflächen auf. Selbstverständlich können noch weitere Teile oder die gesamte Innenseite des Optikmoduls 5 eine glänzende Oberfläche aufweisen.

Bisher war man davon ausgegangen, dass Untergrundlicht am besten durch Absorption an matten Flächen vernichtet werden kann, hat aber bei dieser Überlegung übersehen, dass das Licht an den matten Flächen diffus gestreut wird und unkontrolliert in die Messkammer gelangt. Wenn man hingegen glänzende Flächen verwendet, dann wirken diese wie schwarze Spiegel und reflektieren das nicht absorbierte Licht auf eine andere dieser Flächen, beispielsweise auf die benachbarte Peripherieblende. Da die reflektierenden Flächen schwarz sind und daher nur etwa 5% der auftreffenden Strahlung reflektieren, kann diese durch mehrmalige Reflexion zwischen solchen Flächen praktisch vollständig vernichtet werden. Die Herstellung der glänzenden Flächen erfolgt durch ein Spritzwerkzeug, das zumindest an den Flächen, die glänzen sollen, eine geeignete, vorzugsweise polierte, Oberfläche aufweist.

Ein weiteres für die Erhöhung der Messzuverlässigkeit des dargestellten Rauchmelders sehr wesentliches Merkmal besteht darin, dass die Peripherieblenden 9 oder zumindest die meisten von ihnen nicht rotationssymmetrisch sondern so angeordnet sind, dass der Auftreffwinkel des von der Lichtquelle 6 ausgesandten und des vom Lichtempfänger 7 empfangenen Lichtstrahls auf diese Blenden konstant ist. Rotationssymmetrisch angeordnete Peripherieblenden 9 wären solche, die durch Rotation einer Blende um das Zentrum gebildet sind. In Fig. 1 sind die der Lichtquelle 6 und dem Lichtempfänger 7 benachbarten je vier Peripherieblenden 9 nicht rotationssymmetrisch ausgebildet. Der Auftreffwinkel ist dabei so gewählt, dass das auftreffende und nicht absorbierte Licht möglichst oft zwischen den Peripherieblenden 9 reflektiert wird.

Die Peripherieblenden 9 bestehen darstellungsgemäss je aus zwei abgewinkelten Teilflächen, wobei deren gegenseitige Neigung und der Abstand sowie die Länge der Peripherieblenden 9 so gewählt sind, dass das zu den Peripherieblenden 9 abgestrahlte Licht nicht direkt auf die Innenfläche der Seitenwand 4 gelangen kann, sondern in jedem Fall auf eine Peripherieblende 9 trifft und von dieser auf die benachbarte Peripherieblende reflektiert wird. Auch die nicht-rotationssymmetrische Anordnung der Mehrzahl der Peripherieblenden 9 führt zu einer besseren Absorption des Untergrundlichts und damit zu weniger strengen Anforderungen an die Positionier- und Bauteilegenauigkeit von Lichtquelle 6 und Lichtempfänger 7 und zu einem weniger verschmutzungsanfälligen Melder.

Wie Figur 1 entnommen werden kann, sind die Peripherieblenden 9 an ihrer gegen die Zentralblende 10 gerichteten Innenkante möglichst scharfkantig ausgebildet. Das hat den Vorteil, dass nur wenig Licht auf eine solche scharfe Kante fällt und somit auch weniger Licht in eine Vielzahl von Richtungen reflektiert wird.

Bei der Herstellung des Spritzgusswerkzeugs durch Erodieren, ist der Schärfe einer Kante durch die Dicke des verwendeten Drahtes eine Grenze gesetzt, die den Anforderungen an die Innerkanten der Peripherieblenden 9 nicht genügt. Beim Meldereinsatz 1 wird die gewünschte Schärfe der Innenkanten dadurch erreicht, dass in das Spritzgusswerkzeug ein Kern eingesetzt wird, der an seiner zur Formung der genannten Innenkanten vorgesehenen Peripherie eine abgestufte (gezahnte oder gezackte) Kontur aufweist. Die einzelnen Abstufungen dieser Kontur liegen innen an den zur Bildung der Peripherieblenden 9 im Spritzgusswerkzeug gebildeten Nuten an und schliessen diese gegen das Zentrum hin ab. Dadurch können zwischen den Nuten des Spritzgusswerkzeugs und den Abstufungen des Kerns sehr scharfe Kanten gebildet werden.

Praktische Versuche haben gezeigt, dass die gleichzeitige Verwendung von Peripherieblenden 9 mit scharfen Innenkanten und von Optikmodulteilen (Peripherieblenden 9, Zentralblende 10, Decke der Messkammer 8) mit glänzender Oberfläche zu einer markanten Reduktion des Grundpulses führt, und dass der Melder weniger verstaubungs- und betauungsanfällig ist.

Wie den Figuren weiter entnommen werden kann, sind die Lichtquelle 6 und der Lichtempfänger 7 je in einem Gehäuse 16 bzw. 17 angeordnet. Die beiden Gehäuse 16 und 17, die an die Decke der Messkammer 8 angearbeitet sind, sind nach unten offen und werden an ihrer offenen Seite durch den Boden 11 abgedeckt. An ihrer der Zentralblende 10 zugewandten Frontseite sind die Gehäuse 16 und 17 je durch ein Fenster mit einer Lichtaus- bzw. Lichteintrittsöffnung abgeschlossen.

Diese Fenster weisen gegenüber den Gehäusefenstern bekannter Streulichtrauchmelder den Unterschied auf, dass sie einteilig ausgebildet sind. Bei den bekannten Streulichtrauchmeldern bestehen die Fenster aus zwei Teilen, von denen der eine an die Decke der Messkammer und der andere an den Boden angearbeitet ist. Beim Aufsetzen des Bodens treten immer wieder Passschwierigkeiten auf und es kommt zur Bildung eines Lichtspalts zwischen den beiden Fensterhälften und damit zu unerwünschten Störungen des Sende- und des Empfangslichts. Bei den einteiligen Gehäusefenstern sind Störungen dieser Art ausgeschlossen und es können keine Probleme mit der Positioniergenauigkeit der beiden Fensterhälften auftreten.

Wie in Fig. 2 beim Fenster 18 des Gehäuses 16 gezeigt ist, sind die obere und die untere Hälfte der einteiligen Fenster in der Art der beiden Schneiden einer Schere gegeneinander versetzt. Dadurch kann das Spritzgusswerkzeug ohne Seitenzug so ausgebildet werden, dass für jede der beiden gegeneinander versetzten Hälften der Lichtaus- und der Lichteintrittsöffnung ein separates Formelement vorgesehen ist, so dass eine genau definierte Form und eine saubere Oberfläche dieser Öffnungen erreicht wird.


Anspruch[de]
  1. Rauchmelder mit einem in einem Sockel befestigbaren Meldereinsatz (1) mit einem Optikmodul (5), welches eine Lichtquelle (6), einen Lichtempfänger (7), eine Messkammer (8), eine Zentralblende (10), einen Boden (11) und ein Labyrinthsystem mit an der Peripherie der Messkammer (8) angeordneten Blenden (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte, bezüglich der Entstehung von Untergrundlicht kritische Teile des Optikmoduls (5) eine glänzende Oberfläche aufweisen und so ausgebildet sind, dass das nicht absorbierte Licht in eine definierte Richtung reflektiert wird.
  2. Rauchmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Teile des Optikmoduls (5) die Peripherieblenden (9), die Zentralblende (10) und die dem Boden (11) gegenüberliegende Decke der Messkammer (8) umfassen.
  3. Rauchmelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass noch weitere Teile oder die gesamte Innenfläche des Optikmoduls (5) eine glänzende Oberfläche aufweisen.
  4. Rauchmelder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikmodul (5) mit einem Spritzgusswerkzeug hergestellt ist, welches zumindest an den zur Herstellung der genannten glänzenden Oberflächen vorgesehenen Teilen eine zur Erzielung einer solchen glänzenden Oberfläche ausreichende Oberflächengüte aufweist.
  5. Rauchmelder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgusswerkzeug an den genannten Teilen eine polierte Oberfläche aufweist.
  6. Rauchmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (11) so ausgebildet ist, dass er in seiner Mitte einen grösseren Abstand von der durch Lichtquelle (6) und Lichtempfänger (7) gebildeten Ebene aufweist als an seinem Rand.
  7. Rauchmelder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (11) eine sieb- oder gitterförmige Struktur (13) aufweist und als Insektengitter ausgebildet ist.
  8. Rauchmelder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (11) an seiner der Messkammer (8) zugekehrten Innenfläche mit einer Mehrzahl von nach oben ragenden Lamellen (14, 15) versehen ist, und dass Anordnung, Anzahl, Höhe und gegenseitiger Abstand dieser Lamellen so gewählt sind, dass einerseits von innen gegen den Boden (11) fallendes Licht vor dem Auftreffen auf diesen auf eine der Lamellen (14, 15) trifft und der Lichtempfänger (7) vom Boden (11) nur die Lamellen (14, 15) sieht, und andererseits der Lichtempfänger (7) durch die Lamellen (14, 15) gegen von aussen in die Meskammer (8) eindringendes Fremdlicht abgeschirmt ist.
  9. Rauchmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Peripherieblenden (9) so angeordnet sind, dass der Auftreffwinkel des von der Lichtquelle (6) ausgesandten und des vom Lichtempfänger (7) empfangenen Lichtstrahls auf die Mehrzahl von ihnen konstant ist.
  10. Rauchmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Peripherieblenden (9) an ihrer gegen die Zentralblende (10) gerichteten Stirnseite eine möglichst scharfe Kante aufweisen.






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