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1.1 Stand der Technik:
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1.1 Es gibt Rauchmelder, die einen Anwesenden im Falle von Rauch akustisch warnen. Es gibt vernetzte Rauchmelder, bei denen im Falle einer Detektierung von Rauch eines Rauchmelders alle Rauchmelder im Rauchmeldernetz zur akustischen Alarmgebung aktivieren.
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1.2 Es gibt Sicherungsautomaten, die im Falle eines Fehlerstroms (Stromflusses aus dem vorgesehenen Schaltkreis heraus oder von außen in den vorgesehenen Schaltkreis hinein, meist ab ca. 30 mA) auslösen und die Stromversorgung abschalten. Es gibt Sicherungsautomaten, die im Falle eines Stromstoßes, der einen bestimmten Strom (in den meisten Fällen 16 A) überschreitet, auslösen und die Stromversorgung abschalten. Es gibt die Kombination von Fehlerstrom- und Stromstoß-Sicherungsautomaten.
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1.2 Aufgabenstellung:
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Befindet sich der Haus- oder Wohnungsbesitzer außer Haus, und es entsteht Rauch, beispielsweise weil ein Ölofen oder Gasofen oder Gasherd oder Elektroherd oder Heizlüfter oder eine Elektroheizung oder ein Heizstrahler oder auch nur ein Netzteil eines Geräts defekt ist oder Essen auf dem Herd vergessen wurde, geht zwar der Rauchmelder mit pfeiffendem Warnton an, - aber es ist niemand da, der darauf reagieren könnte, - und es entsteht möglicherweise ein Brand.
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Auch wenn nur Essen auf dem Herd oder im Ofen vergessen wurde, das nicht in Brand gerät, ist dann zumindest die Wohnung übel eingeräuchert.
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Im schlimmsten Fall brennt ein Teil der Einrichtung oder gar die Wohnung oder das Haus ab, und die Feuerwehr ist die einzige Institution die reagiert.
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1.3. Lösungen:
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Sicherungsautomaten müssen so modifiziert und mit Rauchdetektoren oder Rauchmeldern verbunden werden, daß sie mindestens die Stromversorgung des Geräts, das den Rauch verursacht hat, abschalten.
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1.3.1 fest verdrahtete Version für den Sicherungskasten:
- a) I.d.R. werden Rauchsensoren oder Rauchmelder mit einem Integrierten_Schaltkreis betrieben, der (neben den Ausgängen für ein Piezo-Element für eine akustische Warnung) auch einen Ausgang zur Vernetzung von diesen Integrierten_Schaltkreisen hat. Manche Hersteller von Rauchmeldern nutzen diesen Ausgang (der auch gleichzeitig Vernetzungs-Eingang ist), um Rauchmelder per Draht zu vernetzen, oder sie verbinden ihn mit einem Funkmodul verbunden, um drahtlose Vernetzung zu erreichen. Beispielsweise ist dieser Ausgang bei den ICs CS2105GO, MC145010, MC145012 der Pin_7.
- Es handelt sich um ein Schwachstrom-Steuersignal, welches nicht stark genug ist, um direkt die Abschalt-Auslösespule eines Sicherungsautomaten oder ein Relais ansteuern zu können.
- Mithin muß es hierfür durch einen einfachen Kleinsignal-Transistor (geschaltet als Stromverstärker) verstärkt werden.
- Das stromverstärkte Signal wird nun mit handelsüblichen Klingeldrähten aus der Rauchmelder/Rauchsensor-Einheit in den Sicherungskasten geführt.
- Die Rauchmelder/Rauchsensor-Einheit wird entweder mit einer 9V-Batterie betrieben, oder mit 12V aus dem Klingeltrafo, was einen dritten Draht zwischen dem Sicherungskasten und der Rauchmelder/Rauchsensor-Einheit erforderlich macht.
- b) Ein handelsüblicher Sicherungsautomat wird so modifiziert, daß er zusätzlich zwei Steuerleitungseingänge bekommt (an die o.g. Leitung angeschlossen wird), die im Falle des Anliegens einer Steuersignals das Abschalten des Sicherungsautomaten auslösen:
- Im Falle eines -vorzugsweise verwendeten- FI-Schutzschalters werden die beiden Steuerleitungseingänge mit der Spule eines Relais verbunden; und die Relais-Kontakte (die im Falle eines Stromflusses durch die Relais-Spule geschlossen werden) werden entweder mit den Anschlüssen der Test-Taste des FI-Schutzschalters verbunden,
- oder sie verbinden über einen 4,7kΩ-2W-Widerstand die bzw. eine Ausgangs-Phase des Sicherungsautomaten mit dem Eingangs-Nulleiter. Im Falle eines Steuersignals schaltet nun das eingebaute Relais, und dieses erzeugt einen Fehlerstrom, welcher zur Abschaltung des FI-Schutzschalters führt.
- Im Falle einer einfachen Stromstoß-Sicherung kann man auch das Steuersignal über eine Diode direkt mit der Schalterauslösespule verbinden.
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1.3.2 Low-Cost-Version für die Steckdose (funktioniert nicht für den Herd und nicht für die Ölpumpe, - und auch nur, wenn im Sicherungskasten FI-Schutzschalter verbaut sind, die bei einem Fehlerstrom von 30 mA auslösen):
- Eine Rauchmelder/Rauchsensor-Einheit, wie oben beschrieben, welche mit einem Schutzkontaktstecker mit der Steckdose verbunden ist, an die auch Geräte angeschlossen sind, bei denen befürchtet wird, daß sie u.U. mal Rauch/Feuer verursachen könnten:
- Über die Steckerkontakte wird ein kleines Netzteil betrieben, welches die Rauchmelder/Rauchsensor-Einheit mit Strom versorgt.
- Das unter 1.3.1 beschriebene Relais, genauergesagt dessen Spule, wird gleich hinter dem ausgangssignalstromverstärkenden Transistor im Gerät angeschlossen.
- Und ein Relaisschaltkontakt wird mit dem Schutzkontakt des Steckers verbunden und der andere Relaisschaltkontakt über einen 4,7kΩ-2W-Widerstand mit der Mitte eines Schiebeschalters verbunden. Die beiden Außenkontakte des Schiebeschalters werden mit den beiden Haupt-Anschlüssen des Steckers verbunden. Der mittlere Kontakt des Schiebeschalters wird zudem noch über einen 56kΩ-1W-Widerstand mit einer Low-Current-LED (2mA) verbunden, und deren andere Seite mit dem Schutzkontakt des Steckers.
- Eine Test-Taste simuliert Rauch-Detektion und versorgt daher die Relaisspule mit Strom.
- Für die Inbetriebnahme muß der Benutzer nun das Gerät in die Steckdose stecken und den Schiebeschalter auf die Seite schalten, in der die LED leuchtet.
- Tritt nun Rauch auf oder benutzt der Anwender die Test-Taste, fließt ein Strom durch die Relais-Spule, und die Relais-Kontakte stellen absichtlich einen Fehlerstrom von ca. 49 mA zwischen Phase und Erdleitung her, was dazu führt, daß der FI-Schutzschalter im Sicherungskasten auslöst.
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1.3.3 Drahtlose Version für den Sicherungskasten:
- a) Eine Rauchmelder/Rauchsensor-Steckdosen-Einheit, fast wie unter 1.3.2 beschrieben, nur daß sie nicht über ein Relais verfügt, sondern stattdessen über einen HF-Oszillator, dessen Masse mit dem Schutzleiter (Erdkabel) verbunden ist und dessen Signal über einen Kondensator niedriger Kapazität mit dem Nulleiter verbunden ist (was sich mit o.g. Schiebeschalter+LED-gegen-Erdungs-Technik einstellen läßt), so daß im Falle von Rauch ein HF-Signal mit einer geringen Stromstärke (deutlich unter 30 mA) auf den Nulleiter geschalten wird.
- b) Im Sicherungskasten wird von dem Nulleiter, auf den bei Rauch ein HF-Signal durch o.g. Gerät aufgeschaltet ist, über einen Kondensator niedriger Kapazität das HF-Signal abgekoppelt, notwendigenfalls verstärkt, und dann durch eine HF-Diode gleichgerichtet (und notwendigenfalls durch einen Kondensator höherer Kapazität geglättet). Hiernach kann es, wie unter 1.3.1.b beschrieben, einen oder mehrere o.g. modifizierter_Sicherungsautomaten_mit_Steuerleitungseingang zur Abschaltung bringen.
[Natürlich ist das nicht wirklich „drahtlos“, kommt aber ohne Verlegen zusätzlicher Steuersignalkabel aus.]
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1.4. Vor- und Nachteile der Versionen:
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1.4.1.a - Nachteile der Low-Cost-Version:
- Sie schaltet bei Rauch nur den FI-Schutzschalter ab, der die Steckdose versorgt, in den sie eingesteckt ist. Das funktioniert einwandfrei, wenn sie beispielsweise entweder in denselben Mehrfachstecker, in den auch ein Heizlüfter oder Heizstrahler eingesteckt ist, dessen ordnungsgemäße Funktion überwacht werden soll, eingesteckt ist, oder auch in eine andere Steckdose, die vom selben FI-Schutzschalter versorgt wird.
- Aber wenn ein Ölofen oder ein Herd Rauch verursacht, und im selben Raum befindet sich nur die Low-Cost-Version in einer Steckdose, schaltet sie bei Rauch den Herd oder die Ölpumpe nicht ab, weil Herd und Ölpumpe i.d.R. über eine andere Sicherung im Sicherungskasten versorgt werden, als die Steckdose, in der die Low-Cost-Version steckt.
- Wenn, obwohl die LED leuchtet, beim Bedienen der Test-Taste der Sicherungsautomat die Stromversorgung nicht abschaltet, wird die benutzte Steckdose nicht über einen FI-Schutzschalter versorgt, und das Gerät darf daher nicht verwendet werden.
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1.4.1.b - Vorteil der Low-Cost-Version:
- Sie ist günstig und kann von jedem Laien bedient werden.
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1.4.2.a - Vorteil der fest verdrahteten Version für den Sicherungskasten:
- Sie kann, wenn in einem Raum Rauch detektiert wird, alle Stromversorgungen aller Geräte, die für die Rauchverursachung verantwortlich sein könnten, abschalten (jedenfalls wenn man einen Mehrphasen-Schutzschalter verwendet hat).
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1.4.2.b - Nachteil der fest verdrahteten Version für den Sicherungskasten:
- Sie kann nur von einem Fachmann eingebaut werden oder von jemandem mit hinreichenden Elektrifizierungs-Kenntnissen.
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1.4.3. a - Vorteil der drahtlosen Version für den Sicherungskasten:
- Es müssen keine zusätzlichen Steuerleitungen zwischen der Rauchmelder/Rauchsensor-Einheit und dem Sicherungskasten verlegt werden. (Sonst wie 1.4.2.a]
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1.4.2.b - Nachteil der drahtlosen Version für den Sicherungskasten:
- U.U. könnten HF-Störungen von Außerhalb oder ein Gewitter eine ungewollte Sicherungsabschaltung zur Folge haben. [Sonst wie 1.4.2.b]
- Dieses↑ Problem ließe sich durch gezielte Modulation des HF-Signals i.V.m. einem Demodulator im Sicherungskasten, der das HF-Signal von anderen Störungen unterscheidet, beheben; - aber dadurch würde das Gerät teurer.
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1.5. Darstellung der wirtschaftlichen Vorteile:
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Die Kosten für einen Rauchsicherungsautomat / Rauchschutzschalter sind ein sehr geringer Bruchteil des Schadens, der im Falle eines Wohnungs- oder Hausbrandes oder eines Verräucherns eines oder mehrerer Zimmer und der Einrichtung entstünde.