DE102004002591B4

DE102004002591B4 - Brandmelder

Info

Publication number: DE102004002591B4
Application number: DE102004002591.6A
Authority: DE
Inventors: Bernd Siber; Stefan Sittenauer; Gottfried Ernst; Ulrich Oppelt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2024-01-17
Also published as: GB2410085B; US20050156747A1; GB2410085A; GB0500816D0; DE102004002591A1; US7365648B2

Abstract

Brandmelder (1) für deckenbündigen Einbau mit einem Gehäuse (2), mit wenigstens je einer in dem Gehäuse (2) angeordneten Lichtquelle (5) und wenigstens je einem in dem Gehäuse (2) angeordneten Lichtempfänger (6), sowie mit einer das Gehäuse (2) abschließenden Abdeckscheibe (8), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens Teilbereiche (8.2) wenigstens einer Oberfläche der Abdeckscheibe (8) derart gestaltet sind, dass sich in der Abdeckscheibe (8) ausbreitendes Streulicht in diesen Teilbereichen (8.2) absorbiert bzw. zum Austritt aus der Abdeckscheibe (8) veranlasst wird, bevor das Streulicht über die Abdeckscheibe (8) zu dem Lichtempfänger (6) gelangt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Brandmelder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus DE 199 12 911 C2 ist ein einen Strahlungssender und einen Strahlungsempfänger umfassender optischer Brandmelder bekannt, der ohne optisches Labyrinth auskommt und der dadurch bündig in eine Zimmerdecke einbaubar ist. Der Brandmelder umfasst weiter eine Anordnung, mit der zum einen eine Verschmutzung der transparenten Abdeckscheibe des Brandmelders erkannt und zum anderen überwacht werden kann, ob die zur Erkennung von Rauch vorgesehenen Strahlungssender und Strahlungsempfänger des Brandmelders noch korrekt arbeiten. Aus DE 100 46 992 C1 ist ein Brandmelder mit einer Anordnung bekannt, mit der es möglich ist, zwischen Rauch und anderen Fremdkörpern im Streuvolumen zu unterscheiden.
Aus der WO 00/72 282 A1 ist ein Brandmelder bekannt mit zwei Fenstern, wobei Lichtstrahlung von einem Emitter von dem ersten Fenster in eine Rauchkammer weiter über das zweite Fenster zu einem Photosensor geleitet wird. Der Brandmelder umfasst einen optischen Kanal, welcher durch einen Verschluss schließbar ist und durch welchen im Öffnungszustand Teile der Lichtstrahlung geleitet werden.
Die JP H03-172 996 A beschreibt einen Brandmelder mit einem Emitter, dessen Lichtstrahlung in eine Kammer weiter zu einem Lichtempfänger geleitet wird. Befindet sich in der Kammer Rauch, wird die Lichtstrahlung dort gestreut, wobei der Brandmelder ein Element umfasst, welches das Licht wiederum verdichtet.
Vorteile der Erfindung
Brandmelder, die bündig in die Zimmerdecke eingebaut werden können, haben den Vorteil, dass sie sich unauffällig in die Zimmerdecke eingliedern und dadurch im Vergleich zu von der Decke abstehenden Brandmeldern herkömmlicher Bauart sehr unauffällig wirken, was dem Geschmack von Architekten und Gebäudeplanern entgegen kommt. Der bündige Einbau in die Zimmerdecke bedingt, dass ein derartiger Brandmelder eine ebene, glatte Oberfläche hat. Dies wird durch eine Abdeckscheibe erreicht, die das Gehäuse des Brandmelders abschließt. Die Abdeckscheibe ist transparent für das bei der Streulichtmessung verwendete Licht, damit dies von einer Lichtquelle ausgesandte Licht, nach Reflektion an Rauchpartikeln, zu dem Lichtempfänger gelangen kann. Die Erfindung bietet nun den Vorteil, dass störendes Streulicht, das unmittelbar über die Abdeckscheibe von der Lichtquelle zu dem Lichtempfänger gelangt, weitgehend unterdrückt wird. Dadurch lässt sich das Signal/Rauschverhältnis stark verbessern. In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Ausbreitung von Streulicht durch Abschirmmittel verhindert, die in der Abdeckscheibe selbst angeordnet sind und so den Lichtweg zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfänger unterbrechen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind wenigstens Teilbereiche wenigstens einer Oberfläche der Abdeckscheibe derart ausgestaltet, dass sich in der Abdeckscheibe ausbreitendes Streulicht absorbiert oder zum Verlassen der Abdeckscheibe veranlasst wird, bevor es über die Abdeckscheibe zu dem Lichtempfänger gelangt. Besonders vorteilhaft geeignet ist eine Abdeckscheibe, deren Oberflächen in einem zentralen Teilbereich aufgerauht und in einem peripher angrenzenden Teilbereich poliert sind, wobei der polierte Teilbereich den aufgerauhten Teilbereich konzentrisch umgibt. Besonders gut wird Streulicht dadurch absorbiert, dass auf wenigstens einem Teilbereich wenigstens einer Oberfläche des Brandmelders eine Streulicht absorbierende Beschichtung aufgebracht ist. Als derartige Beschichtung eignet sich insbesondere eine farbige Folie, wobei diese zweckmässig nur in einem zentralen Bereich gefärbt und in einem anschließenden Randbereich transparent ist. Besonders vorteilhaft sind auch Abdeckscheiben verwendbar, die mehrschichtig aufgebaut sind, wobei die Schichtstruktur durch einen Spritzgussvorgang erzeugt wird.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
1 in einem Blockschaltbild den prinzipiellen Aufbau eines deckenbündigen Brandmelders,
2 den Aufbau der für Streulicht als Lichtwellenleiter wirkenden Abdeckscheibe,
3 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem in der Abdeckscheibe angeordneten Abschirmmittel,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der wenigstens ein Teilbereich wenigstens einer Oberfläche der Abdeckscheibe aufgerauht ist,
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer auf wenigstens einer Oberfläche der Abdeckscheibe angeordneten absorbierenden Beschichtung,
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer auf der Abdeckscheibe angeordneten Folie,
7 eine mehrschichtig aufgebaute Abdeckscheibe,
8 eine Abdeckscheibe mit einer Mehrfachbeschichtung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Brandmelders 1 nach dem Streulichtprinzip. Der Brandmelder 1 umfasst ein Gehäuse 2, das deckenbündig in einer entsprechenden Ausnehmung der Zimmerdecke 7 eines Raums angeordnet ist. Das Gehäuse 2 ist von einer Abdeckscheibe 8 abgedeckt. In dem Gehäuse 2 sind eine Lichtquelle 5 und ein Lichtempfänger 6 derart angeordnet, dass kein Licht auf dem direkten Weg von der Lichtquelle 5 zu dem Lichtempfänger 6 gelangen kann. Die Lichtquelle 5 und der Lichtempfänger 6 sind vielmehr so angeordnet, dass sich ihre Strahlengänge 5.1, 6.1 außerhalb der Abdeckscheibe 8 schneiden. Diesen Schnittbereich bezeichnet man als Streuvolumen 9. Gelangen in dieses Streuvolumen 9 Streupartikel, beispielsweise von einem Brandherd erzeugter Rauch, dann wird an dem Rauch das von der Lichtquelle 5 ausgehende Licht gestreut. Ein Teil der gestreuten Strahlung gelangt so zu dem Lichtempfänger 6. Die Menge von Streustrahlung, die bei gegebener Helligkeit der Lichtquelle 5 von Rauchpartikeln zu dem Lichtempfänger 6 gestreut wird, hängt von der Beschaffenheit des Rauchs (insbesondere von der Partikelgröße), von der Farbe des Rauchs, der Wellenlänge des verwendeten Lichts und von dem Streuwinkel ab. Unter dem Streuwinkel versteht man den Winkel zwischen der optischen Achse der Lichtquelle 5 und der optischen Achse des Lichtempfängers 6. Die Lichtquelle 5 wird von einem Mikrorechner 3 gesteuert. Der Lichtempfänger 6 ist mit einer elektronischen Schaltungsanordnung 4 verbunden, die im Wesentlichen Verstärkungs- und Filtermittel umfasst. Das verstärkte Streulichtsignal kann von dem Mikrorechner 3 über einen hier nicht dargestellten A/D-Wandler eingelesen und ausgewertet werden. Überschreitet das Streulichtsignal eine bestimmte vorgebbare Schwelle, dann löst der Brandmelder 1 Alarm aus. Dieser Alarm wird zweckmäßig über ein Bussystem zu einer Brandmeldezentrale weitergeleitet, von der dann beispielsweise die Feuerwehr alarmiert wird.
Um Störungen des Brandmelders 1 durch störendes Umgebungslicht auszuschalten, sind bei herkömmlichen Brandmeldern Lichtquelle und Lichtempfänger von einer Abdeckung umgeben, die zwar Rauchpartikel hindurchlässt, den Durchtritt von störendem Licht aber unterbindet. Auf Grund der Ausprägung solcher Abdeckungen werden sie umgangssprachlich auch als „Labyrinth” bezeichnet. Die Empfindlichkeit derartiger Brandmelder ist hoch, so dass man bei den Labyrinthabdeckungen darauf achten muss, dass kein vagabundierendes Licht durch Reflexion an den Kammerwänden des Labyrinths auf den Lichtempfänger trifft. Entsprechend komplex ist die konstruktive Gestaltung solcher Abdeckungen. Die Raucheintrittsöffnungen von Labyrinthen sind üblicherweise mit einem Gitter versehen, um zu verhindern, dass Insekten in die Messkammer eindringen und Störsignale verursachen. Bei einem deckenbündigen Brandmelder, der ohne optisches Labyrinth arbeitet, genügt eine für das von der Lichtquelle 5 ausgehende Licht durchsichtige Abdeckscheibe 8 als Abdeckung. Geht beispielsweise von der Lichtquelle 5 Infrarotlicht aus, so muss die Abdeckscheibe 8 nur für dieses Licht durchlässig sein und kann dazu beispielsweise mit einem Tageslichtfilter versehen werden, der sichtbares Licht absorbiert, sodass dieses nicht auf den Lichtempfänger 6 gelangen kann. Wird für die Streulichtmessung sichtbares Licht verwendet, so muss auf diesen Tageslichtfilter verzichtet werden. Eine Abdeckscheibe ist wünschenswert, da sie die hinter der Abdeckscheibe liegenden Lichtquelle 5 und Lichtempfänger 6 vor Staub und anderen äußeren Einflüssen schützt. Innerhalb des Brandmelders 1 sind Lichtsender 5 und Lichteempfänger 6 durch eine Abschirmung 10 (2) voneinander getrennt. Bei der Verwendung von derartigen Abdeckscheiben 8 tritt jedoch folgendes Problem auf. Das von der Lichtquelle 5 ausgehende Licht muss durch die Abdeckscheibe 8 hindurchtreten. An jeder Grenzfläche zwischen zwei optischen Medien wird in Abhängigkeit von der Größe der Brechungsindizes und des Einfallswinkels Licht reflektiert. Dadurch wird, wie in 2 dargestellt ist, zwangsläufig Licht in die Abdeckscheibe 8 eingekoppelt. Obwohl in diesem Fall die Bedingung für Totalrefflektion nicht erfüllt ist, kann das Licht in der Abdeckscheibe 8 mit abnehmender Intensität mehrmals hin- und herreflektiert werden und in dem Empfindlichkeitsbereich des Lichtempfängers 6 die Abdeckscheibe 8 wieder verlassen. Zusätzlich wird durch Störungen auf der Oberfläche der Abdeckscheibe 8, wie beispielsweise Kratzer 11 und Staubpartikel 13, Licht unter einem Winkel in die Abdeckscheibe 8 eingekoppelt, der die Bedingung für Totalrefflektion erfüllt. Für diesen Anteil des Lichts wirkt die Abdeckscheibe 8 wie ein Lichtleiter. Das am Ort des Lichtempfängers 6 ausgekoppelte Licht erhöht das Ruhesignal des Lichtempfängers 6. Durch die vorstehend beschriebenen Effekte kann das Ruhesignal des Lichtempfängers 6 so groß werden, dass die Auflösung des für die Verarbeitung des Ausgangssignals des Lichtempfängers 6 vorgesehenen A/D-Wandlers nicht mehr ausreicht, um das nun im Verhältnis zu dem Ruhesignal sehr kleine Nutzsignal (das vom Rauch gestreute Licht) noch hinreichend aufzulösen. Dieser Nachteil wird mit der vorliegenden Erfindung vermieden. Die vorgeschlagenen Lösungen sorgen durch Unterdrückung von Störlicht für einen hinreichend großen Signal/Rauschabstand und ermöglichen daher einen zuverlässigen Betrieb eines Brandmelders 1. In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung (3) ist innerhalb der Abdeckscheibe 8 liegend ebenfalls eine Abschirmung 10.1 vorgesehen, die in einem Ausführungsbeispiel mit der die Lichtquelle 5 und den Lichtempfänger 6 trennenden Abschirmung 10 verbunden sein kann. Diese Abschirmung wirkt als Barriere, die für das von der Lichtquelle 5 ausgehende Licht undurchlässig ist. Ein gewisser Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass durch diese Abschirmung 10.1 das Aussehen des Brandmelders 1 verändert und deshalb ggf. als störend empfunden wird.
Eine weitere Ausführungsvariante wird im Folgenden unter Bezug auf 4 näher erläutert. Eine weitere Möglichkeit, störendes Licht wieder aus der Abdeckscheibe 8 gezielt auszukoppeln, besteht darin, dass wenigstens ein Teilbereich 8.1 der Abdeckscheibe 8 entweder lediglich auf einer Oberfläche, oder noch besser, auf beiden Oberflächen, mit einer rauhen Oberflächenstruktur versehen wird. An dieser rauhen Oberflächenstruktur wird Licht aus der Abdeckscheibe 8 ausgekoppelt. Da durch die rauhe Oberfläche der Abdeckscheibe 8 die Güte der Abdeckscheibe 8 als Lichtwellenleiter stark sinkt, gelangt nahezu kein störendes Licht mehr zu dem Lichtempfänger 6. Die Teilbereiche 8.1 und 8.3 der Abdeckscheibe 8 unmittelbar. vor dem Lichtsender 5 und dem Lichtempfänger 6 müssen dagegen eine glatte, polierte Oberfläche haben, damit, verursacht durch die eine rauhe Oberfläche, nicht das von der Lichtquelle 5 ausgehende Licht in die Abdeckscheibe 8 eingekoppelt wird, bzw. das in der Abdeckscheibe 8 an der Stelle des Lichtempfängers 6 Licht nicht ausgekoppelt wird. Neben der Rauhigkeit der Oberfläche spielt auch die Farbe der in dem Gehäuse 2 an der Rückseite der Abdeckscheibe 8 befindlichen Abschirmung eine wichtige Rolle. Durch die rauhe Oberfläche der Abdeckscheibe 8 wird das Licht nämlich in beliebige Richtungen gestreut, so dass ein Teil des Lichts auf der Rückseite der Abdeckscheibe 8 die Abdeckscheibe 8 verlässt und auf die Abschirmung 10 trifft. Wird eine helle Farbe für diese Abschirmung 10 verwendet, dann wird das Licht, das aus der Abdeckscheibe 8 austritt, nicht von dieser Abschirmung sondern z. T. wieder zur Abdeckscheibe 8 zurück reflektiert und dort wieder eingekoppelt. Ein weiterer Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass die Abdeckscheibe 8 nicht aus zwei unterschiedlichen Materialien aufgebaut werden muss, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Dadurch kann die Abdeckscheibe 8 einfacher und damit preiswerter hergestellt werden. Allerdings wird auch durch dieses Maßnahme das Aussehen des Brandmelders 1 immer noch stark beeinflusst. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass auf einer rauhen Oberfläche Schmutz und Staub stärker haften als auf einer polierten Oberfläche. Ein deckenbündiger Brandmelder 1 mit einer Abdeckscheibe 8, die eine rauhe Oberfläche aufweist, ist daher anfälliger für Verschmutzung und muss möglicherweise häufiger gereinigt und gewartet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung (5) wird Streulicht dadurch unterdrückt, dass auf die Rückseite der Abdeckscheibe 8 eine Beschichtung 14 aufgebracht wird. Diese Beschichtung 14 kann beispielsweise aus einer farbigen Lackschicht bestehen. Nun kann zwar an der nicht lackierten Außenseite der Abdeckscheibe 8 immer noch eine Totalreflektion des Lichts an der Grenzfläche zwischen der Oberfläche der Abdeckscheibe 8 (Brechungsindex n = 1,5) und Luft (n = 1) auftreten. Auf der lackierten Seite der Abdeckscheibe 8 ist dies jedoch nicht mehr der Fall, da der Brechungsindex des Lacks > 1 ist. Deshalb trifft das in die Abdeckscheibe 8 eingekoppelte Licht auf die Beschichtung 14 und wird dort (wiederum je nach Farbe der Beschichtung) wenigstens zum Teil absorbiert. Nach mehreren Reflektionsvorgängen an der Beschichtung 14 ist das Licht nahezu vollständig absorbiert. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass das Aussehen des Brandmelders 1 fast nicht beeinträchtigt wird. Er ist daher sehr leicht in die Gestaltung der Zimmerdecke 7 integrierbar. Eine geeignete Beschichtung 14 kann auf mehrere Arten auf die Abdeckscheibe 8 aufgebracht werden.
Die Abdeckscheibe 8 wird zweckmäßig durch ein Spritzgussverfahren aus einem transparenten Kunststoff hergestellt. Dabei wird zweckmäßig zunächst eine farbige Folie in das Spritzgusswerkzeug eingelegt und anschließend flüssiger Kunststoff in das Spritzgusswerkzeug eingespritzt. Der flüssige Kunststoff verbindet sich mit der farbigen Folie. Nach dem Aushärten ergibt sich die in ihrem zentralen Bereich von einer farbigen Folie bedeckte Abdeckscheibe 8.
Weiterhin kann in einem zweiten Verfahren (6) eine Beschichtung 14 in Gestalt einer mehrfarbigen Folie auf die Abdeckscheibe 8 aufgebracht werden. In einem zentralen Bereich 14.1 ist die Folie gefärbt, während sie in einem Randbereich 14.2 transparent ist und im Wesentlichen den gleichen Brechungsindex wie das Material der Abdeckscheibe 8 aufweist.
Schließlich kann die Abdeckscheibe 8 in einem dritten Verfahren auch in zwei aufeinanderfolgenden Spritzvorgängen hergestellt werden, bei denen ein durchsichtiger und ein farbiger Kunststoff verarbeitet werden. Bei diesem Verfahren muss jedoch eine Mindestdicke (in Abhängigkeit von den Größen der gespritzten Flächen) für beide Kunststoffschichten garantiert werden.
In einem vorteilhaften weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung (8) kann störendes Streulicht auch dadurch wirksam unterdrückt werden, dass auf wenigstens einem Teilbereich 8.2 wenigstens einer Oberfläche der Abdeckscheibe 8 eine Mehrfachbeschichtung 15, 15.1, 15.2, 15.n aufgebracht wird, wodurch Streustrahlung durch dort stattfindende Interferenzvorgänge ausgelöscht oder gezielt aus der Abdeckscheibe 8 ausgekoppelt wird. Die Mehrfachbeschichtung 15 besteht dabei aus einer Vielzahl dünner dielektrischer Schichten 15.1, 15.2, 15.n, die zweckmäßig im Vakuum auf eine Oberfläche der Abdeckscheibe 8 aufgedampft werden.

Claims

Brandmelder (1) für deckenbündigen Einbau mit einem Gehäuse (2), mit wenigstens je einer in dem Gehäuse (2) angeordneten Lichtquelle (5) und wenigstens je einem in dem Gehäuse (2) angeordneten Lichtempfänger (6), sowie mit einer das Gehäuse (2) abschließenden Abdeckscheibe (8), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens Teilbereiche (8.2) wenigstens einer Oberfläche der Abdeckscheibe (8) derart gestaltet sind, dass sich in der Abdeckscheibe (8) ausbreitendes Streulicht in diesen Teilbereichen (8.2) absorbiert bzw. zum Austritt aus der Abdeckscheibe (8) veranlasst wird, bevor das Streulicht über die Abdeckscheibe (8) zu dem Lichtempfänger (6) gelangt.
Brandmelder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Oberfläche der Abdeckscheibe (8) in einem Teilbereich (8.1) poliert ist und in einem zweiten Teilbereich (8.2) aufgerauht ist.
Brandmelder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der polierte Teilbereich (8.1) den aufgerauhten Teilbereich (8.2) konzentrisch umgibt.
Brandmelder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der polierte Teilbereich (8.1) in dem Strahlengang von Lichtquelle (5) und Lichtempfänger (6) angeordnet ist.
Brandmelder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigsten einem Teilbereich wenigstens einer Oberfläche der Abdeckscheibe (8) eine Licht absorbierende Beschichtung (14) aufgebracht ist.
Brandmelder (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht absorbierende Beschichtung (14) eine farbige Folie ist.
Brandmelder (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie in einem zentralen Bereich (14.1) gefärbt und in einem anschließenden Randbereich (14.2) transparent ist.
Brandmelder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckscheibe (8) mehrschichtig aufgebaut ist.
Brandmelder (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Schichten der Abdeckscheibe (8) durch Spritzguss erzeugt sind.
Brandmelder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckscheibe (8) eine Mehrfachbeschichtung (15, 15.1, 15.2, 15.n) trägt, die Streulicht durch Interferenz auslöscht oder aus der Abdeckscheibe (8) auskoppelt.
Brandmelder (1) nach einem der Ansprüche 1, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckscheibe (8) in zwei aufeinanderfolgenden Spritzvorgängen hergestellt ist, wobei ein durchsichtiger und ein farbiger Kunststoff verarbeitet sind.