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Die Erfindung betrifft einen Streustrahlungsbrandmelder nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Streustrahlungsbrandmelder ist aus der
DE 10 2011 119 431 A1 bekannt.
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Bei dem bekannten Streustrahlungsbrandmelder sind die ersten Strahlungsquellen, die zweite Strahlungsquelle sowie der Sensor auf einer gemeinsamen Montageplatte montiert. Die Strahlungsquellen und der Sensor sind im Wesentlichen auf einer Kreisbahn um ein gemeinsames Zentrum angeordnet. Deren optische Achsen liegen in einer gemeinsamen Ebene und sind auf das Zentrum gerichtet. Abgesehen davon sind auf der Montageplatte weitere Bauelemente, beispielsweise Heizelemente, Schaltungselemente und Signallampen, angeordnet.
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Die Montageplatte ist Bestandteil eines Gehäuses, welches zum Durchtritt des zu detektierenden Rauchgases mit Öffnungen versehen ist. Die Öffnungen sind als Lichtfalle ausgestaltet. In der Praxis tritt nun das Problem auf, dass wegen der im Gehäuse aufgenommenen zahlreichen Bauelemente ein Ein- bzw. Durchtritt von Rauchgasen behindert wird. Das kann zu einem verzögerten Ansprechen führen.
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Aus der
DE 44 14 166 C1 ist es bekannt, die Strahlungsquellen innerhalb eines Rohrs verteilt um die Innenwand des Rohrs so anzuordnen, dass sich deren optische Achsen im Bereich einer Achse des Rohrs schneiden. Der Sensor ist in der Achse des Rohrs angeordnet und auf den Schnittpunkt der optischen Achsen der Strahlungsquellen gerichtet. Die Anbringung und Ausrichtung der Strahlungsquelle an der Innenwand eines Rohrs ist fertigungstechnisch aufwändig. Abgesehen davon ist der bekannte Streustrahlungsbrandmelder nicht besonders kompakt aufgebaut.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein möglichst einfach und kostengünstig herstellbarer Streustrahlungsbrandmelder angegeben werden, welcher ein verbessertes Ansprechverhalten bei Vorliegen von zu detektierenden Rauchgasen aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 8.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die ersten Strahlungsquellen, die zweite Strahlungsquelle und der Sensor so angeordnet sind, dass sie auf den Eckpunkten einer Grundfläche einer gedachten Pyramide liegen, und ferner so ausgerichtet sind, dass das Zentrum die Spitze einer gedachten Pyramide bildet.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff ”gemeinsames Zentrum” ein gemeinsames Streuvolumen verstanden, welches durch die Abstrahlkegel der Strahlungsquellen sowie den Einstrahlkegel des Sensors gebildet ist. Die Abstrahl- und Einstrahlkegel werden durch Blenden eingestellt, welche den Strahlungsquellen nachgeordnet sind. Derartige Blenden können in die gemeinsame Platte eingeformt sein. Damit ist es lediglich noch erforderlich, die Strahlungsquellen hinter den Blenden zu montieren. Es entfällt der Aufwand einer genauen Justierung der Strahlungsquellen.
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Die Strahlungsquellen und der Sensor sind vorteilhafterweise so angeordnet, dass sich deren optische Achse in einem Punkt schneiden. Dieser Punkt bildet in diesem Fall die Spitze der gedachten Pyramide.
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Unter einem ”für die erste und die zweite Wellenlänge empfindlichen Sensor” wird ein Sensor, insbesondere eine Empfangsdiode, verstanden, welcher Strahlung der entsprechenden Wellenlängen mit einer für Streustrahlungsbrandmelder geeigneten und ausreichenden Empfindlichkeit detektieren kann.
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Der Sensor ist ausgebildet zur Erfassung von Streustrahlung. Streustrahlung entsteht bei dem Streustrahlungsbrandmelder z. B. dadurch, dass die Strahlung der ersten und/oder zweiten Wellenlänge auf das Streuvolumen eingestrahlt und durch im Streuvolumen befindliche, insbesondere feste und/oder flüssige, Partikel bzw. Aerosole gestreut wird.
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Die erste Wellenlänge liegt vorteilhafterweise zwischen 460 nm und 540 nm, bevorzugt bei etwa 525 nm. Die erste Wellenlänge liegt also im Bereich des sichtbaren Lichts, vorzugsweise im grünen Spektralbereich. Die zweite Wellenlänge liegt dagegen vorzugsweise im infraroten Spektralbereich, insbesondere zwischen 890 nm und 990 nm, bevorzugt bei etwa 940 nm. Zur Erzeugung der vorgenannten Wellenlängen werden als Strahlungsquellen vorzugsweise Leuchtdioden verwendet. Der Sensor ist vorzugsweise als Empfangsdiode ausgebildet, welche für die vorgenannten Wellenlängen empfindlich ist.
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Indem erfindungsgemäß die ersten Strahlungsquellen, die zweite Strahlungsquelle und der Sensor so angeordnet sind, dass deren optische Achsen auf ein gemeinsames Streuvolumen gerichtet sind, welches die Spitze einer gedachten Pyramide bildet, wird ein Streustrahlungszentrum in einen Bereich außerhalb einer gemeinsamen Montageebene der Strahlungsquellen und des Sensors verlagert. Dieser Bereich kann von einem separaten Gehäuseabschnitt umgeben sein, dessen Wandung zumindest abschnittsweise durch eine Lichtfalle gebildet ist. In dem vom vorgenannten Gehäuseabschnitt umgebenden Volumen sind zweckmäßigerweise keinerlei Bauelemente, z. B. LEDs, Heizelemente oder dgl., aufgenommen. Das ermöglicht ein ungehindertes Ein- und Ausströmen von Rauchgasen in den Gehäuseabschnitt. Es kann damit das Ansprechverhalten bzw. die Sensitivität des Streustrahlungsbrandmelders verbessert werden. Der vorgeschlagene Streustrahlungsbrandmelder lässt sich gleichwohl einfach herstellen und ist kompakt aufgebaut.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten Strahlungsquellen, die zweite Strahlungsquelle und der Sensor auf einem gedachten Kreis angeordnet. Eine durch den Kreis gebildete Fläche bildet mit den optischen Achsen jeweils einen ersten Winkel im Bereich von 15 bis 45°, vorzugsweise 17 bis 30°. Durch die Verlagerung des Streuvolumens aus der durch den gedachten Kreis gebildeten Fläche an die Spitze der gedachten Pyramide kann das Streuvolumen in einen Gehäuseabschnitt verlegt werden, durch den die Umgebungsluft weitgehend unbehindert zirkulieren kann.
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Zweckmäßigerweise sind die ersten Strahlungsquellen, die zweite Strahlungsquelle und der Sensor in einem ersten Gehäuseabschnitt aufgenommen, welcher in Ausrichtung mit jeder optischen Achse einen ersten Durchbruch aufweist. Das Zentrum ist in diesem Fall vorteilhafterweise von einem mit dem ersten Gehäuseabschnitt verbundenen zweiten Gehäuseabschnitt umgeben, welcher als Lichtfalle ausgebildet und für Rauch durchlässig ist. Der erste und der zweite Gehäuseabschnitt können aus separaten Gehäusebauteilen gebildet sein, welche miteinander verbunden werden. Im ersten Gehäuseabschnitt sind zweckmäßigerweise sämtliche Bauelemente, insbesondere LEDs, Empfangsdioden, Verstärker- und Auswerteschaltungen und dgl., aufgenommen, wohingegen der zweite Gehäuseabschnitt ein leeres Volumen umgibt, in welchem ausschließlich die Streustrahlung detektiert wird.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden ersten Strahlungsquellen bezüglich der dritten optischen Achse des Sensors so angeordnet, dass deren erste optische Achsen mit der dritten optischen Achse einen Rückwärtsstreuwinkel von etwa 120° und einen Vorwärtsstreuwinkel von etwa 60° bilden. Für Vorwärtsstreuung bedeutet das, dass von einer jeweiligen Strahlungsquelle in deren optischer Achse abgestrahlte Strahlung um einen Winkel von 60° abgelenkt, d. h. gestreut, werden muss, um entlang der dritten optischen Achse auf den Sensor zu treffen. Analoges gilt für die Rückwärtsstreuung, d. h. in Abstrahlungsrichtung der ersten optischen Achse abgestrahlte Strahlung muss um einen Winkel von 120° abgelenkt werden, um entlang der dritten optischen Achse auf den Sensor zu treffen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind drei erste Strahlungsquellen vorgesehen, von denen zwei so angeordnet sind, dass deren erste optische Achsen mit der dritten optischen Achse den Rückwärtsstreuwinkel von etwa 120° bilden. In diesem Fall sind also zwei erste Strahlungsquellen unmittelbar nebeneinander angeordnet. Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung wird ein verbessertes Signal bezüglich der ersten Strahlungsquellen erreicht.
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Die zweite Strahlungsquelle ist zweckmäßigerweise bezüglich der dritten optischen Achse des Sensors so angeordnet, dass deren zweite optische Achse mit der dritten optischen Achse einen Vorwärtsstreuwinkel von etwa 60° bildet. Bei der vorgeschlagenen Anordnung sind also eine der ersten Strahlungsquelle und die zweite Strahlungsquelle wiederum unmittelbar nebeneinander angeordnet. Es ergibt sich in diesem Fall für die ersten Strahlungsquellen, die zweite Strahlungsquelle und den Sensor insgesamt eine Anordnung, welche bezüglich der Gestaltung der Lichtfalle neue Freiheiten schafft und eine verbesserte Zirkulation der Rauchgase ermöglicht.
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Vorteilhafterweise ist zumindest der erste Gehäuseabschnitt aus einem elektrisch leitfähigen Polymer hergestellt. Auch der zweite Gehäuseabschnitt kann aus dem leitfähigen Polymer hergestellt sein. Bei dem leitfähigen Polymer handelt es sich vorteilhafterweise um ein im Spritzgussverfahren zu verarbeitendes Material, dem beispielsweise Kohlestofffasern zugesetzt sind.
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Wegen der Funktionsweise des Streustrahlungsbrandmelders wird auf den Inhalt der
DE 10 2011 119 431 A1 , dort insbesondere die Absätze [0087] bis [0098] verwiesen, deren Offenbarungsgehalt hiermit einbezogen wird.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung der Strahlungsquellen und des Sensors,
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2 eine schematische Draufsicht auf die Anordnung der Strahlungsquellen und des Sensors,
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3 eine perspektivische Schnittansicht durch das Gehäuse eines Streustrahlungsbrandmelder und
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4 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Anordnung der Strahlungsquellen und des Sensors.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Montageeinheit, auf welcher drei erste LEDs 1, eine zweite LED 2 und eine Empfangsdiode 3 jeweils in oder auf Aufnahmen 4 aufgenommen sind. Die Aufnahmen 4 sind wiederum auf einer gemeinsamen ringförmigen Platte 5 befestigt. Wie insbesondere in Zusammensicht mit 2 ersichtlich ist, schneiden sich erste optische Achsen O1, O1', O1'', O1''' der ersten LEDs 1, eine zweite optische Achse O2 der zweiten LED 2 und eine dritte optische Achse O3 der Empfangsdiode 3 etwa in einem Punkt S, welcher die Spitze einer dreiseitigen Pyramide bildet. Ein Ausgangspunkt der optischen Achsen O1, O1', O1'', O1''', O2, O3 liegt auf einem gemeinsamen Kreis K (siehe 1), welcher eine Grundfläche der Pyramide umfasst. Eine durch den Kreis K gebildete Ebene bildet mit jeder der optischen Achsen O1, O1', O1'', O1''', O2, O3 einen Winkel α, welcher vorteilhafterweise im Bereich von 18 bis 27° gewählt ist. – Die optischen Achsen O1, O1', O1'', O1''', O2, O3 sind die Achsen von Sende- bzw. Abstrahlkegeln der Strahlungsquellen bzw. eines Empfangskegels des Sensors. Sie können z. B. durch Blenden definiert sein, welche zwischen den Strahlungsquellen bzw. dem Sensor und dem Streustrahlungszentrum angeordnet sind und einen Teil des Strahlungsgangs ausblenden.
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Die erste optische Achse O1, O1' der einen ersten LED 1 bildet mit der dritten optischen Achse O3 der Empfangsdiode 3 einen Rückwärtsstreuwinkel β2 von etwa 120°, d. h. 115° bis 125°. Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, können unmittelbar nebeneinander zwei erste LEDs 1 angeordnet sein, deren optischen Achsen O1' und O1''' mit der dritten optischen Achse O3 den Rückwärtsstreuwinkel β2 von etwa 120° bilden. – Die optischen Achsen unmittelbar nebeneinander angeordneter LEDs sind in den 2 und 4 zusammengefasst und jeweils als unterbrochene Linie dargestellt.
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Die zweite optische Achse O2 der zweiten LED 2 bildet mit der dritten optischen Achse O3 der Empfangsdiode einen Vorwärtsstreuwinkel β1 von etwa 60°, d. h. 55° bis 65°. Auch die neben der zweiten LED 2 angeordnete weitere erste LED 1, deren erste optische Achse O1'' hier mit der zweiten optischen Achse O2 der LED 2 im Wesentlichen zusammenfällt, bildet mit der dritten optischen Achse O3 der Empfangsdiode 3 den Vorwärtsstreuwinkel β1 von etwa 60°.
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Die Anordnung der LEDs 1, 2, der optischen Achsen O1', O1'', O1''', O2, O3 sowie der Vorwärts- β1 und der Rückwärtsstreuwinkel β2 sind in 2 nochmals in Draufsicht schematisch gezeigt.
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3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Gehäuses des Streustrahlungsbrandmelders. Ein erster Gehäuseabschnitt 6, welcher hier beispielsweise kastenförmig ausgebildet ist, weist an seinem Boden 7 erste Durchbrüche 8 auf, von denen in 3 lediglich einer gezeigt ist. Jeder der LEDs 1, 2 sowie der Empfangsdiode 3 ist ein erster Durchbruch 8 zugeordnet. Der erste Durchbruch 8 ist nach Art einer Blende ausgestaltet, so dass die von den LEDs 1, 2 sowie der Empfangsdiode 3 ausgehenden Sende-/Empfangskegel Ke eine vorgegebene Richtung und Geometrie aufweisen. Einem solchen ersten Durchbruch 8 können eine oder mehrere LEDs zugeordnet sein.
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Bei einer weiteren hier nicht gezeigten Ausgestaltung sind die Aufnahmen 4, die Platte 5 sowie zumindest eine Wand 8a der Blende 8 aus einem Stück hergestellt. Das vorzugsweise im Spritzguss hergestellte einstückige Montageteil kann außerdem zentrale Teile des Bodens 7 umfassen, welche in den ersten Gehäuseabschnitt 6 eingesetzt sind.
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Die Richtung und die Geometrie der Sende-/Empfangskegel Ke sind so gewählt, dass die optischen Achsen O1', O1'', O1''', O2, O3 auf ein gemeinsames Streuvolumen S gerichtet sind, welches die Spitze einer gedachten Pyramide bildet. Mit dem Bezugszeichen 9 ist ein zweiter Gehäuseabschnitt bezeichnet, welcher einen Bereich der am Boden 7 des ersten Gehäuseabschnitts 6 befindlichen ersten Durchbrüche 8 so überdeckt, dass die Sende-/Empfangskegel Ke ungehindert aus den ersten Durchbrüchen 8 in ein vom zweiten Gehäuseabschnitt 9 umgebenes leeres Volumen V eindringen können. Eine nach außen hin beispielsweise zylindrisch ausgebildete Wand 10 des zweiten Gehäuseabschnitts 9 ist als Lichtfalle 10 ausgebildet. Sie weist schlitzförmige zweite Durchbrüche auf, so dass den Streustrahlungsbrandmelder umgebendes Rauchgas durch das Volumen V zirkulieren kann, ein Lichteintritt von der Umgebung dagegen unterbunden wird.
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Der erste Gehäuseabschnitt 6, in dem eine Platine 11 mit elektronischen Bauelementen (hier nicht gezeigt) aufgenommen sein kann, ist vorteilhafterweise aus einem elektrisch leitfähigen Polymer hergestellt. Auch der zweite Gehäuseabschnitt 9 kann aus einem elektrisch leitfähigen Polymer hergestellt sein. Der erste 6 und der zweite Gehäuseabschnitt 9 können auch in einem Stück aus einem elektrisch leitfähigen Polymer hergestellt sein.
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Bei der in 4 gezeigten weiteren Anordnung der Strahlungsquellen bildet eine erste optische Achse O1' einer ersten LED 1 oder, wie hier gezeigt, erste optische Achsen O1', O1'' eines Paars erster LEDs 1 mit der dritten optischen Achse O3 einen Rückwärtsstreuwinkel β2 von etwa 120°. Die zweite optische Achse O2 der zweiten LED 2 bildet mit der dritten optischen Achse wiederum den Vorwärtsstreuwinkel β1 von etwa 60°. Die weitere erste LED 1 bildet mit ihrer ersten optischen Achse O1'' mit der dritten optischen Achse O3 einen weiteren Vorwärtsstreuwinkel β3 von etwa 60°, d. h. 55° bis 65°.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste LED
- 2
- zweite LED
- 3
- Empfangsdiode
- 4
- kastenförmige Aufnahme
- 5
- ringförmige Platte
- 6
- erster Gehäuseabschnitt
- 7
- Boden
- 8
- erster Durchbruch
- 8a
- Wand
- 9
- zweiter Gehäuseabschnitt
- 10
- Lichtfalle
- 11
- Platine
- K
- Kreis
- Ke
- Sende-/Empfangskegel
- O1
- erste optische Achse
- O2
- zweite optische Achse
- O3
- dritte optische Achse
- S
- Streuvolumen
- V
- Volumen
- α
- Winkel
- β1
- Vorwärtsstreuwinkel
- β2
- Rückwärtsstreuwinkel
- β3
- weiterer Vorwärtsstreuwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011119431 A1 [0001, 0020]
- DE 4414166 C1 [0004]
