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Die Erfindung betrifft einen beheizbaren Rauchmelder. Ein solcher Rauchmelder ist aus der
DE 10 2004 032 294 A1 bekannt.
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Bei dem bekannten Rauchmelder ist eine Fläche einer Messkammer mit einer Heizfolie versehen, welche als elektrischer Widerstandsheizer betrieben wird. Ein Beheizen der Messkammer wirkt einer Taubildung entgegen, welche die Funktionsfähigkeit des Rauchmelders beeinträchtigt. Die Herstellung des bekannten Rauchmelders ist aufwändig. Durch das Vorsehen der Heizfolie wird eine Eintrittsfläche für einen Gasaustausch mit der Umgebung nachteiligerweise beschränkt. Das führt bei Rauchentwicklung zu einem verzögerten Ansprechverhalten.
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Die
DE 10 2011 119 431 A1 offenbart einen Streustrahlungsbrandmelder, welcher mit mehreren Widerstandsheizern an mehreren Stellen des Gehäuses ausgestattet ist. Das Anbringen von mehreren Widerstandsheizern im Gehäuse ist aufwändig.
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Aus der
DE 10 2009 010 180 A1 ist eine Leuchtvorrichtung bekannt, bei der eine LED als Lichtquelle sowie ein Feuchtigkeitssensor innerhalb eines Kolbens angeordnet sind. Erreicht oder überschreitet der ermittelte Feuchtigkeitswert im Kolben einen vorbestimmten Feuchtigkeitsschwellwert, wird die LED mit einer vorbestimmten Leistung betrieben. Aufgrund der Abwärme der LED wird das Innere des Kolbens ausgeheizt, so dass die Feuchtigkeit abnimmt.
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Ferner ist aus der
US 2008 / 0 246 623 A1 ein Rauchmelder bekannt, der als ein Streustrahlungsbrandmelder ausgestaltet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Insbesondere soll ein Rauchmelder mit einer verbesserten Heizeinrichtung angegeben werden.
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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 13.
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Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, dass die Heizeinrichtung zumindest eine Heiz-LED umfasst.
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Eine Heiz-LED ist eine lichtemittierende Diode. Die Heiz-LED emittiert Licht, z. B. in Form eines Leuchtkegels um eine optische Achse. Zur Anpassung des Leuchtkegels kann die Heiz-LED ein LED-Gehäuse mit einer Lichtaustrittsöffnung und/oder eine Blende umfassen. Der Winkel zwischen optischer Achse und Kegelfläche wird im Weiteren als Öffnungswinkel bezeichnet.
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Der Rauchmelder ist ein Streustrahlungsbrandmelder mit zumindest einer Strahlungsquelle und zumindest einem Detektor zur Detektion einer Streustrahlung und/oder zur Detektion einer von der Heiz-LED erzeugten Strahlung. Strahlungsquelle und Detektor weisen jeweils eine erste bzw. zweite optische Achse auf. Die Strahlungsquelle emittiert Licht in Form eines Strahlungskegels, dessen Symmetrieachse eine erste optische Achse bildet. Analog detektiert der Detektor Strahlung aus einem kegelförmigen Volumen, dessen Symmetrieachse eine zweite optische Achse bildet. Eine Streustrahlung im detektierbaren kegelförmigen Volumen wird als detektierbare Streustrahlung bezeichnet. Dabei sind Strahlungsquelle und Detektor so angeordnet, dass der Detektor die durch im Gehäuse befindliche Rauchpartikel bewirkte Streustrahlung detektieren kann. Vorzugsweise schneiden sich erste und zweite optische Achse.
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Die Streustrahlung entsteht dadurch, dass die Strahlung auf Rauchpartikel innerhalb eines Strahlungskegels trifft und an diesen gestreut wird. Das Schnittvolumen zwischen dem Strahlungskegel der einfallenden Strahlung und dem kegelförmigen Volumen der detektierbaren Streustrahlung bildet ein Streuvolumen.
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Insbesondere ist die Anordnung so gewählt, dass ein Kreuzungspunkt einer ersten optischen Achse der Strahlungsquelle mit einer zweiten optischen Achse des Detektors sich innerhalb des Leuchtkegels der Heizeinrichtung befindet. Die Strahlungsquelle kann kontinuierlich oder bevorzugt gepulst betrieben werden. In dieser Ausführung sind die Durchbrüche als Lichtfalle ausgestaltet, damit kein Licht von außen eindringt und die optische Messung verfälscht.
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Die Heiz-LED erwärmt durch das emittierte Licht die Wände des Gehäuses. Neben der Emission von Licht wird durch den Betrieb der Heiz-LED auch Abwärme erzeugt. Die Abwärme erwärmt den Bereich, in dem die Heiz-LED angeordnet ist. Die Heiz-LED kann kontinuierlich oder vorzugsweise gepulst betrieben werden.
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Die Heizeinrichtung wird für eine Dauer ausgeschaltet, innerhalb derer die mindestens eine Strahlungsquelle einen Lichtimpuls zum Detektieren der Streustrahlung durch den Detektor aussendet. Die Heizeinrichtung und die Strahlungsquellen können wechselweise gepulst betrieben werden. Die Dauer der Abschaltung der Heizeinrichtung kann kleiner 50 ms, insbesondere kleiner 10 ms, sein. Das Abschalten der Heizeinrichtung während des Messens der Streustrahlung dient dazu, eine Verfälschung der Messung durch mögliche Streuung des von der Heiz-LED emittierten Lichts zu vermeiden.
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Das Gehäuse des Rauchmelders hat typischerweise eine durch die Wände begrenzte zylindrische Form. Unter dem Begriff „Wand“ werden im Sinne der Erfindung ein Boden, eine Decke und/oder Seitenwände des Gehäuses verstanden. Die Innenflächen des Gehäuses sind typischerweise in dunkler Farbe, insbesondere schwarz, ausgeführt. Das Gehäuse weist Durchbrüche auf, welche einen Gasaustausch mit der Umgebung ermöglichen. Der Rauchmelder kann z. B. ein lonisations- oder optischer Rauchmelder sein. Bei einem optischen Rauchmelder sind die Durchbrüche als Lichtfalle ausgestaltet.
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Die Heizeinrichtung kann eine oder mehrere Heiz-LEDs umfassen. Vorzugsweise weist die Heizeinrichtung eine Leistung ≥ 0,2 W auf. Die Leistung liegt typischerweise zwischen 0,2 W und 3 W, insbesondere zwischen 0,5 W und 1,5 W, insbesondere bei etwa 1 W.
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Vorzugsweise ist die zumindest eine Heiz-LED eine weiße, blaue LED oder IR-LED. Heiz-LEDs dieser Wellenlängen haben typischerweise eine höhere Leistung. Zweckmäßigerweise hat die Heizeinrichtung einen Wirkungsgrad von mindestens 25%, vorzugsweise mindestens 35%, vorzugsweise etwa 50%. Unter dem Wirkungsgrad wird der Anteil der Strahlungsleistung bezogen auf die elektrische Eingangsleistung verstanden.
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Grundsätzlich sind aber auch Heiz-LEDs mit höherem Wirkungsgrad für die Anwendung gemäß der Erfindung möglich.
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Zweckmäßigerweise ist die Heizeinrichtung an einer dem Gehäuseinneren zugewandten Gehäuseoberseite montiert und geeignet, Strahlung in Richtung einer der Gehäuseoberseite gegenüberliegenden Gehäuseunterseite auszustrahlen. Das Licht trifft auf die Gehäuseunterseite. Dort wird es z. T. absorbiert und als Infrarotstrahlung emittiert. Im emittierten Licht der Heiz-LED können auch Infrarotanteile enthalten sein, wodurch die Wände des Gehäuses unmittelbar erwärmt werden. Die Abwärme der Heiz-LED erwärmt zusätzlich die Gehäuseoberseite. Damit werden gleichzeitig die Ober- und die Unterseite des Gehäuses beheizt.
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Vorzugsweise ist der Öffnungswinkel der zumindest einen Heiz-LED so gewählt, dass die Gehäuseunterseite zu zumindest 90% von der Heizeinrichtung ausgeleuchtet ist. Ein zur Fläche der Gehäuseunterseite korrespondierender Öffnungswinkel der Heizeinrichtung trägt insbesondere zu einer homogenen Temperaturverteilung innerhalb des Rauchmelders bei. Damit wird eine unerwünschte Taubildung vermieden.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst der Rauchmelder zumindest zwei erste Strahlungsquellen einer ersten Wellenlänge und eine Strahlungsquelle einer zweiten Wellenlänge, welche größer als die erste Wellenlänge ist, wobei der Detektor ein Sensor ist, welcher für die erste und die zweite Wellenlänge empfindlich ist, wobei die ersten Strahlungsquellen erste optische Achsen, die zweite Strahlungsquelle eine dritte optische Achse und der Sensor eine zweite optische Achse aufweisen und die ersten Strahlungsquellen, die zweite Strahlungsquelle und der Sensor so angeordnet sind, dass deren optische Achsen auf ein gemeinsames Zentrum gerichtet sind, wobei die ersten Strahlungsquellen, die zweite Strahlungsquelle und der Sensor so angeordnet sind, dass sie auf den Endpunkten einer Grundfläche einer gedachten Pyramide liegen und ferner so ausgerichtet sind, dass das Zentrum die Spitze der Pyramide bildet. Der Sensor ist zur Erfassung der Streustrahlung und/oder zur Erfassung der von der Heiz-LED erzeugten Strahlung ausgebildet. Insbesondere ist er geeignet, Streustrahlung sowie von der Heiz-LED erzeugte Strahlung mit ausreichender Empfindlichkeit zu detektieren.
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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. Die ersten und die zweite Strahlungsquelle sind vorzugsweise ebenfalls LEDs. Ein solcher Streustrahlungsbrandmelder ist beispielsweise in der
DE 10 2011 119 431 B4 offenbart.
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Zweckmäßigerweise ist die Heizeinrichtung in derselben Ebene wie die ersten und die zweite Strahlungsquelle angeordnet. Damit ist sichergestellt, dass das Streuvolumen ausreichend beheizt ist und sich im Streuvolumen keine Kondenswassertropfen befinden. Zweckmäßigerweise sind die ersten Strahlungsquellen, die zweite Strahlungsquelle und der Sensor auf einem gedachten Kreis angeordnet, deren Zentrum die Heizeinrichtung bildet. Durch die symmetrische Anordnung wird das Streuvolumen optimal beheizt.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mit dem Sensor auch die Funktion der Heiz-LED überwacht wird. Zu diesem Zweck kann während eines Anschalttakts der Heiz-LED die davon emittierte Strahlung vom Sensor erfasst und ausgewertet werden. D. h. die mit dem Sensor erfassten Signale können taktweise abwechselnd mit zwei unterschiedlichen Algorithmen ausgewertet werden. Ein erster Algorithmus während eines Anschalttakts der Heiz-LED dient der Prüfung und Überwachung der Funktionsfähigkeit der Heiz-LED. Ein zweiter Algorithmus während eines Anschalttakts der Strahlungsquellen dient der Messung der Streustrahlung.
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Zweckmäßigerweise sind Durchbrüche des Gehäuses an zumindest einer Seitenfläche angeordnet. Die Durchbrüche dienen zum Gasaustausch mit der Umgebung. Dadurch kann mit Rauch beladene Umgebungsluft in das Gehäuse gelangen. Zweckmäßigerweise sind die Durchbrüche an allen Seitenflächen des Gehäuses bzw. auf mehreren Seiten des zylinderförmigen Gehäuses angeordnet, so dass die Rauchmelderfunktion nicht richtungsabhängig ist. Insbesondere bei einem Streustrahlungsbrandmelder sind die Durchbrüche als Lichtfalle ausgestaltet.
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Der Rauchmelder umfasst zweckmäßigerweise eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Heizeinrichtung. Damit kann die Heizleistung bzw. die Pulsdauer und/oder der Pulszeitpunkt vorgegeben werden.
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Bevorzugt umfasst der Rauchmelder eine Temperaturregeleinrichtung und einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur im Rauchmelder, wobei die Temperaturregeleinrichtung ein Steuersignal zum Ansteuern der Heizeinrichtung ausgibt. Die Temperaturregeleinrichtung dient insbesondere zum Ausschalten der Heizeinrichtung bei Temperaturen oberhalb einer Solltemperatur und zum Einschalten unterhalb einer Solltemperatur. Damit kann die Heizeinrichtung bei Temperaturen, bei denen keine Taubildung im Rauchmelder zu befürchten ist, ausgeschaltet werden und verbraucht so weniger Strom. Die Solltemperatur liegt insbesondere bei mindestens 15 °C, insbesondere mindestens 20 °C.
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Zweckmäßigerweise umfasst der Rauchmelder weiterhin eine Feuchtigkeitsregeleinrichtung und einen Feuchtigkeitssensor, zum Messen der Feuchtigkeit im Rauchmelder, wobei die Feuchtigkeitsregeleinrichtung ein Steuersignal zum Ansteuern der Heizeinrichtung ausgibt. Die Feuchtigkeitsregeleinrichtung dient insbesondere zum Einschalten der Heizeinrichtung bei Feuchtigkeitswerten oberhalb einer vorgegebenen Feuchtigkeit und zum Ausschalten des Rauchmelders unterhalb einer vorgegebenen Feuchtigkeit.
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Durch die Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsregelung kann der Energiebedarf der Heizeinrichtung gesenkt werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines 3-Kanal-Streustrahlungsbrandmelders mit einer LED als Heizeinrichtung und
- 2 eine Querschnittsabbildung eines Streustrahlungsbrandmelders.
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1 zeigt einen Rauchmelder 1 mit zwei ersten Strahlungsquellen S1, einer zweiten Strahlungsquelle S2 und einem Detektor D. Die ersten Strahlungsquellen S1 sowie die zweite Strahlungsquelle S2 und der Detektor D sind in diesem Beispiel auf einem Kreis angeordnet. Die erste Strahlungsquelle S1 hat eine erste optische Achse 7, die zweite Strahlungsquelle S2 eine dritte optische Achse 9 und der Detektor D eine zweite optische Achse 8. Die optischen Achsen 7, 8, 9 treffen sich im Zentrum des Kreises. Die optischen Achsen 7, 9 bilden das Zentrum des Kegels der einfallenden Strahlung 2 und die optische Achse 8 das Zentrum des Kegels der zu detektierbaren Streustrahlung 3.
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Das Streuvolumen beinhaltet den Schnittpunkt der optischen Achsen 7, 8, 9 und ist das Schnittvolumen der Kegel der einfallenden Strahlung 2 und der detektierbaren Streustrahlung 3. Im Zentrum des Kreises ist weiterhin die Heizeinrichtung H angeordnet. Die Heizeinrichtung H liegt dabei auf einer anderen Ebene als das Streuvolumen 4. Dadurch wird sichergestellt, dass die Heizeinrichtung H nicht die Funktion des Rauchmelders 1 einschränkt.
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Die Heizeinrichtung H umfasst eine Heiz-LED, welche zur Emission von Licht sowie zur Abgabe von Verlustleistung in Form von Wärme geeignet ist. Die Heiz-LED weist einen Öffnungswinkel für die Emission des Lichts auf, der zu einer bestrahlten Fläche des Gehäuses, der Heizfläche 5 führt. Zweckmäßigerweise sind in dieser Ausführung die zwei ersten Strahlungsquellen S1, die zweite Strahlungsquelle S2 und der Detektor D sowie die Heizeinrichtung H in einer Ebene, insbesondere auf einer gemeinsamen Platine angeordnet. Die Anordnung sämtlicher optischer Bauelemente S1, S2, D, H auf einer Platine hat den Vorteil, dass die Platine bei der Herstellung im gleichen Arbeitsschritt bestückt werden kann und dann als Ganzes in das Gehäuse des Rauchmelders eingesetzt werden kann.
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2 zeigt einen Rauchmelder 1 mit einer Strahlungsquelle S und einem Detektor D. Die Strahlungsquelle S und der Rauchmelder 1 sind an einer äußeren Umrandung der Gehäuseoberseite O so angeordnet, dass sich die erste optische Achse 7 der Strahlungsquelle S und die zweite optische Achse 8 des Detektors D in einem Punkt an der Gehäuseoberseite O gegenüberliegenden Gehäuseunterseite U treffen. Ein hier nicht dargestelltes Streuvolumen 4 umfasst den Schnittpunkt der optischen Achsen 7 und 8. Die Heizeinrichtung H ist ebenfalls an einer Gehäuseoberseite O angeordnet. Zweckmäßigerweise sind die Strahlungsquelle S, der Detektor D und die Heizeinrichtung H auf einer Platine angeordnet. Die Heiz-LED ist geeignet, Strahlung kegelförmig innerhalb eines Öffnungswinkels zu emittieren, so dass zumindest ein Teil der Gehäuseunterseite U von der Heizstrahlung beleuchtet ist. Die Schnittfläche eines Strahlungskegels der Heiz-LED mit der Gehäuseunterseite U ist als Heizfläche 5 gekennzeichnet. Der Schnittpunkt der optischen Achsen 7 und 8 liegt in der Heizfläche 5.
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Die Seitenflächen 10 des Gehäuses weisen Durchbrüche 6 auf. Die Durchbrüche 6 dienen zum Gasaustausch mit der Umgebung. Rauchhaltiges Gas kann in den Rauchmelder 1 gelangen, so dass sich Rauchpartikel im Streuvolumen 4 befinden können. Die Durchbrüche 6 sind als Lichtfalle ausgestaltet.
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Zur Regelung der Heizeinrichtung H können zusätzlich nicht dargestellte Sensoren für Temperatur und/oder Feuchtigkeit und eine Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsregeleinrichtung vorhanden sein, welche dazu dienen, die Heizeinrichtung H einzuschalten, sobald Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit die Möglichkeit einer Taubildung im Rauchmelder 1 geben.
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Des Weiteren kann eine Steuereinrichtung vorhanden sein, welche die Heizeinrichtung H für eine kurze Zeitdauer ausschaltet. Während die Heizeinrichtung H ausgeschaltet ist, wird durch die ersten S1 und/oder die zweite Strahlungsquelle S2 ein Lichtimpuls ausgesendet, der im Streuvolumen 4 an Rauchpartikeln gestreut werden kann. Die detektierbare Streustrahlung 3 wird über den Detektor D detektiert. Sobald der Messvorgang beendet ist, kann die Heizeinrichtung H wieder eingeschaltet werden. Diese Dauer des Messvorgangs liegt im Bereich von Millisekunden, insbesondere 0,5 bis 10 ms. Durch den wechselweise gepulsten Betrieb von Heizeinrichtung und Strahlungsquellen wird eine Verfälschung der Messung vermieden.
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Des Weiteren kann der Detektor D auch dazu eingesetzt werden, die Funktion der Heizeinrichtung H zu überwachen. Weitere Streustrahlung, welche durch von der Heizeinrichtung H emittiertes Licht erzeugt wird, wird dazu vom Detektor D detektiert. Dadurch ist es möglich, die Funktionsweise der Heizeinrichtung H zu überwachen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rauchmelder
- 2
- einfallende Strahlung
- 3
- detektierbare Streustrahlung
- 4
- Streuvolumen
- 5
- Heizfläche
- 6
- Durchbruch
- 7
- erste optische Achse
- 8
- zweite optische Achse
- 9
- dritte optische Achse
- 10
- Seitenfläche
- D
- Detektor
- H
- Heizeinrichtung
- O
- Gehäuseoberseite
- S
- Strahlungsquelle
- S1
- erste Strahlungsquelle
- S2
- zweite Strahlungsquelle
- U
- Gehäuseunterseite
