EP3584775A1 - Lötfähiges, insbesondere einstückiges optisches lichtleitmodul zur streulichtrauchdetektion sowie rauchdetektionsblock, rauchdetektionsmodul und streulichtrauchmelder - Google Patents

Lötfähiges, insbesondere einstückiges optisches lichtleitmodul zur streulichtrauchdetektion sowie rauchdetektionsblock, rauchdetektionsmodul und streulichtrauchmelder Download PDF

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EP3584775A1
EP3584775A1 EP18178432.3A EP18178432A EP3584775A1 EP 3584775 A1 EP3584775 A1 EP 3584775A1 EP 18178432 A EP18178432 A EP 18178432A EP 3584775 A1 EP3584775 A1 EP 3584775A1
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EP
European Patent Office
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light
light guide
optical
module
circuit carrier
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18178432.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Ebner
Hilmar Konrad
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Schweiz AG
Original Assignee
Siemens Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to DE102019208841.4A priority patent/DE102019208841A1/de
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/103—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device
    • G08B17/107—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device for detecting light-scattering due to smoke

Definitions

  • the invention relates to an optical component for scattered light smoke detection and for (SMD) mounting on a circuit board of a scattered light smoke detector.
  • the optical component comprises a first and second light entry / exit surface.
  • the first light entry / exit surface is aligned with a scattered light volume provided for scattered light smoke detection.
  • the second light entry / exit surface is opposite an optoelectronic component provided for scattered light smoke detection on the circuit carrier.
  • the optical component has such radiation-optical properties that the scattered light volume can be imaged optically on the optoelectronic component.
  • Such an optical component is from the international publication WO 2009/036988 A1 known.
  • two optical components of this type designed as light guide bodies, are required which, after alignment on a printed circuit board, define a common scattered light volume with respect to one another.
  • the two light guide bodies have a scattered light angle ⁇ to one another in the plan view of the printed circuit board.
  • An optical component is understood to mean a component that interacts with light, that is to say in particular it is light-shaping, light-guiding and / or light-converting.
  • optical components are, for example, optical lenses that can focus the light and reflectors that reflect the light.
  • the optoelectronic component is on the one hand a light transmitter, in particular a light-emitting diode (LED), and on the other hand a photosensor, in particular a photodiode.
  • the light-emitting diode is typically designed as a surface radiator in which the emitted light is emitted from a flat surface with a Lambertian light distribution.
  • the scattered light volume is defined as the geometric cut volume from a light beam emitted by a light transmitter for illuminating particles to be detected with an optical receiving sector of a photosensor.
  • optically beamable is meant here that part of the scattered light from the scattered light volume, to which the light guide body is optically aligned, is directed or focused further via the first light entry / exit surface to the second light entry / exit surface.
  • a photosensor is located opposite this second light entry / exit surface, so that a large part of the scattered light coupled into the light guide body reaches the photosensor.
  • the light emitted by a light-emitting diode is coupled into the light-guiding body via the second light entry / exit surface, then directed or focused further to the first light entry / exit surface and then coupled out in the direction of the scattered light volume.
  • the optically active surface of the light-emitting diode lies opposite the second light entry / exit surface.
  • the respective light control or focusing is achieved by light-refractive and / or light-reflecting properties of the light guide body.
  • Optical stray smoke detection is extremely demanding with regard to the positioning of the optoelectronic components such as light-emitting diodes and photodiodes on a circuit carrier. Even the slightest mechanical offsets and tilting between the LED chip of a light-emitting diode and its chip holder in the associated LED housing and between the LED housing and the circuit carrier are sufficient.
  • offset is meant a lateral deviation from a standard position in the plane of the circuit carrier.
  • tilt is an angular deviation from the normal of the circuit carrier meant.
  • the dynamic range required for smoke detection can no longer be achieved.
  • optical smoke detector The associated manufacturing and manufacturing costs for such an optical smoke detector are correspondingly high. Added to this are the not inconsiderable expenses for optical calibration, e.g. for testing the smoke detector in a smoke duct. Such final tests can only be carried out on the almost completed device.
  • an optical light guide module for mounting on a circuit carrier of a scattered light smoke detector, at least two optoelectronic components for scattered light smoke detection being provided on the circuit carrier.
  • the light guide module comprises at least a first and a second light guide body as well as at least one intermediate body that firmly connects them.
  • the light guide bodies each have a first and second light entry / exit surface.
  • the respective first light entry / exit surface is aligned with a common scattered light volume provided for optical scattered light smoke detection.
  • the respective second light entry / exit surface is opposite one of the optoelectronic components provided for optical scattered light smoke detection.
  • the light guide bodies have such radiation-optical properties that the common scattered light volume can be mapped onto the respective optoelectronic component.
  • the light guide module forms a structural unit, in particular a one-piece, one-piece structural unit, which is then provided as a whole for direct surface mounting (SMD) on a circuit carrier.
  • SMD direct surface mounting
  • the particular advantage of the one-piece light guide module lies in the elimination of the otherwise possible mechanical offsets or tilting in comparison to the prior art, in which two separate light guide bodies are to be applied to the circuit carrier.
  • the two light guide bodies and the at least one intermediate body are made from a transparent material such as glass or from a plastic.
  • the material is quartz, silicate or flint glass.
  • the material is a thermoset or a thermoplastic.
  • transparent what is meant here is that the material for the light used for optical scattered light detection is transparent and in particular clear.
  • the light wavelength of the light used is in a range from 400 nm to 1000 nm.
  • clear it is meant that the material has no turbidity and therefore no appreciable optical losses.
  • a suitable plastic or thermoplastic is, for example, polyamide, polyamide 6, polyamide 6.6, polyamide 6.12, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyphenylene oxide, polyoxymethylene, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, polymethyl methacrylate, modified polypropylene, ultra-high molecular weight polyethylene , Ethylene-styrene interpolymers, copolyester elastomers, thermoplastic urethane, polymethyl methacrylimide, cycloolefin copolymers, cycloolefin polymers, polystyrene and styrene-acrylonitrile copolymer.
  • the two light guide bodies and the at least one intermediate body are produced by means of a shaping process, in particular by means of a casting process or an injection molding process.
  • the two light guide bodies and the intermediate body that firmly connects them to one another thus form a one-piece solid optical component.
  • Such a component can be produced inexpensively in large numbers with minimal manufacturing tolerances.
  • Such an optical light guide module can additionally e.g. are fastened to the circuit carrier by means of one or more fastening clips.
  • the optical light guide module can be glued to the circuit carrier after it has been attached to the circuit carrier.
  • the transparent glass or plastic material is so temperature-resistant that it is solder-stable for a soldering process after surface mounting together with further electrical, electronic and optoelectronic components on the printed circuit board.
  • the soldering process is preferably a so-called reflow soldering process.
  • suitable plastic materials are those in the international publication WO 2006/114082 A2 mentioned thermoplastic materials. These have increased dimensional stability under temperature, but are still easy, inexpensively moldable and solder-resistant due to their thermoplastic properties before additional crosslinking.
  • At least one light-absorbing barrier is introduced and / or at least one notch is formed in at least one of the intermediate bodies of an optical light guide module. This largely suppresses optical crosstalk of LED light, which is coupled into an adjacent light guide body, into the adjacent intermediate body and further to the adjacent further light guide body with an adjoining photosensor.
  • the light-absorbing barrier can be a colored light-absorbing glass (black glass) or a colored light-absorbing plastic (black plastic).
  • black glass a colored light-absorbing glass
  • black plastic black plastic
  • the casting mold for the production of the light guide module can have ribs or webs in the area of the intermediate body, which leave notches on the outside of the intermediate body after the casting material has hardened.
  • the at least two light-guiding bodies are at least partially provided with a coating, with the exception of the respective first and second light entry / exit surfaces.
  • the coating is a light-absorbing and / or a light-reflecting spread.
  • the coating is preferably a clear, transparent coating which has an optical refractive index which is smaller than the optical refractive index of the glass or plastic material of the light guide bodies. This results in a virtually lossless reflection of light at the interface from the outside of the light guide body to the coating in the sense of an optical waveguide.
  • the coating can, for example, be spread on or applied by means of an immersion bath.
  • the transparent coating can be coated with a light-absorbing further "black" spread after it has been applied, at least for the light used in optical smoke detection.
  • the at least two light guide bodies and the at least one intermediate body can be joined via at least one form-fitting connection to the light guide module which is firmly connected to one another.
  • the respective bodies can e.g. be glued together and / or plugged together in the sense of a tongue and groove connection.
  • the optical light guide module has a mounting side which, after the optical light guide module has been mounted on the circuit carrier, lies opposite it.
  • the circuit carrier is typically a (flat) circuit board.
  • At least two projecting or pointing fitting elements, in particular pins, bolts or webs, are formed on the mounting side of the light guide module, which are matched constructively to corresponding openings in the circuit carrier for fitting the fitting elements into these openings. After fitting, the light guide module is fixed on the circuit carrier without play.
  • the optical light guide module has a mounting side which, after mounting the optical light guide module on the circuit carrier, lies opposite this circuit carrier.
  • the respective light guide body has a recess on the mounting side with the respective second light entry / exit surface, so that the respective light guide body with its recess encompasses the respective optoelectronic component on the circuit carrier.
  • the object of the invention is further achieved with a smoke detection block which has an optical light guide module according to the invention.
  • the optical light guide module has a mounting side for surface mounting of the optical light guide module on a circuit carrier.
  • the respective light-guiding body has a recess on the mounting side for receiving a respective optoelectronic component designed for surface mounting.
  • the respective depression is provided with a transparent casting compound, which is permeable to the light wavelength used, between the respective depression and the respective optoelectronic component received.
  • the respective optoelectronic components are accommodated in such a way that their electrical connection contacts are (essentially) aligned flush with the mounting side.
  • the electrical connection contacts are also referred to as SMD pads.
  • the respective level connection contacts are essentially in the level of the mounting side of the light guide module.
  • the optoelectronic components such as light-emitting diodes and photodiodes are SMD components.
  • the transparent potting compound is light-guiding and clear, at least in the light wavelength ranges used in optical smoke detection.
  • the potting compound thus has a low optical loss.
  • the transparent casting compound After the transparent casting compound has hardened in the depressions, the optoelectronic components are then fixed in the depressions.
  • the transparent casting compound has such thermal properties that the strength of the casting compound changes only insignificantly during the soldering process, in particular during the reflow soldering process.
  • the respective depression is provided with a transparent adhesive.
  • the adhesive has a curing time, for example in the range from 1 second to 10 hours, in particular in the range from 1 second to 1 minute.
  • the potting compound preferably has the same optical refractive index as the material of the light guide module.
  • the casting compound and the material of the light guide module are optically matched to one another. Possible optical refractions of part of the light emitted by the light-emitting diode during the transition from the light-emitting diode into the light guide module via the second light entry / exit surface are thus minimized. Likewise, possible optical refractions when part of the scattered light coupling out of the second light entry / exit surface of the light guide module into the opposite photosensor are minimized.
  • the transparent adhesive is preferably a light-curing, in particular a UV-curing, adhesive.
  • the light source is a UV light source.
  • the optoelectronic components can first be mechanically adjusted in the respective recesses as part of an optical calibration process and can only be fixed after the calibration has been carried out by illuminating the adhesive with light to cure it.
  • the light-emitting diode and photodiodes introduced are thus aligned and calibrated online as part of the production of such a smoke detection block.
  • the glue in the recesses is then irradiated with light to harden the glue.
  • the result is a complete optoelectronic component that is already calibrated, SMD-compatible and suitable for the automated reflow process.
  • “Calibrated online” here means that the smoke detection block is inserted into a smoke duct for calibration purposes, for example, or that a test scattering body is introduced into the scattered light volume of the smoke detection block for calibration purposes. A sensor signal is then continuously recorded and evaluated by the respective photosensor during the calibration process. The optoelectronic components are mechanically adjusted in the respective recess until the calibration result is optimal.
  • the complete smoke detection block has defined and already calibrated optical and electrical properties. By integrating the optoelectronic SMD components into the optical light guide module, there are no longer any mechanical offsets. The complete smoke detection block is only applied to the circuit board and soldered to it. Mechanical tolerances of the detector housing no longer affect the scattered light detection.
  • the object of the invention is further achieved with a smoke detection module which comprises an optical light guide module according to the invention and a module circuit carrier.
  • the optical light guide module has a mounting side for the in particular non-detachable (non-detachable) attachment of the optical light guide module on the module circuit carrier of the smoke detection module.
  • the light guide bodies have a respective recess on the mounting side with the respective second light entry / exit surface.
  • the respective optoelectronic components for scattered light smoke detection are arranged on the module circuit carrier in such a way that they are encompassed by the respective depression after the optical light guide module has been attached to the module circuit carrier.
  • the optoelectronic components have electrical connection contacts which are electrically connected to contacting areas on the outside of the module circuit carrier which are accessible from the outside.
  • the optical light guide module can then be glued to the module circuit carrier for the smoke detection module according to the invention, screwed to the module circuit carrier, or snapped to the module circuit carrier via latching webs or latching bolts.
  • the entire smoke detection module can advantageously be mounted on a circuit carrier Smoke detector are applied, in which case the module circuit carrier is soldered to the circuit carrier of the smoke detector.
  • a scattered-light smoke detector which comprises a detector housing with at least one smoke inlet opening, an optical measuring chamber accommodated in the detector housing and permeable to smoke to be detected, and a circuit carrier.
  • the optical measuring chamber has an optical light guide module according to the invention, which is attached to the circuit carrier of the scattered light smoke detector with the respective optoelectronic components opposite the optical light guide module.
  • the optical measuring chamber can have a smoke detection block according to the invention, which is attached to the circuit carrier of the scattered light smoke detector.
  • the electrical connection contacts of the respective optoelectronic components of the smoke detection block make contact with contacting areas on the circuit carrier.
  • the optical measuring chamber can have a smoke detection module, which is attached to the circuit carrier of the scattered light smoke detector.
  • the module circuit carrier of the smoke detection module is electrically connected via its contacting surfaces to corresponding contacting surfaces on the circuit carrier.
  • At least one of the optoelectronic components is a light-emitting component, in particular a light-emitting diode, and at least one further optoelectronic component is a photosensor.
  • the scattered light smoke detector has a control unit which is set up to have at least one light-emitting diode pulsed control, to capture a photo signal output by the respective photosensor, to detect a fire and to issue a warning or alarm message in the event of a detected fire.
  • Such a scattered-light smoke detector is typically set up as a point detector for operation on a detector line with a large number of further smoke detectors connected to it, or for battery-assisted stand-alone operation.
  • a fieldbus can also be used instead of the detector line.
  • the warning or alarm message can be output optically and / or acoustically on the scattered light smoke detector itself.
  • the control unit can be set up to output the warning or alarm message via the detector line to a higher-level fire alarm control center connected to the detector line.
  • the control unit can also be set up to output the warning or alarm message at least indirectly and wirelessly to a higher-level radio-controlled fire alarm control panel.
  • the light-emitting diode can also be a two-color light-emitting diode.
  • a two-color light-emitting diode is designed to emit light in a first wavelength range and light in a different second wavelength range in accordance with its electrical control.
  • the two-color light-emitting diode preferably has a first LED chip for emitting light of the first wavelength range and a second LED chip for emitting light of the second wavelength range.
  • the photosensor is designed to detect at least light in this first and second wavelength range.
  • the use of a red-lit LED or an infrared LED chip is known for emitting red or infrared light of the first wavelength range.
  • a blue or violet one glowing LED chips known.
  • Appropriate evaluation of the respective colored scattered light received by the photosensor such as, for example, by forming a ratio, then makes it possible to evaluate the particle size of the detected smoke particles. With a suitable evaluation of the determined particle size it is possible to differentiate between smoke, dust and water vapor. This avoids the output of a possible false alarm.
  • FIG. 1 shows a sectional view through an exemplary light guide module 10 or through an exemplary smoke detection block 20 according to the invention with two light guide bodies 1 along the in FIG 2 drawn section line II.
  • the smoke detection block 20 according to the invention differs from the light guide module 10 according to the invention in that the in the FIG. 1 Optoelectronic components 3 shown and provided for optical scattered light smoke detection, ie the light-emitting diode 31 and photodiode 32, are preferably already calibrated in a transparent potting compound 5 in an associated depression V in the respective light guide body 1. Integrating the optoelectronic components 3 designed here as SMD components 3 into the optical light guide module 10 advantageously results in a structural unit which can be applied to a circuit carrier 6 like an SMD component and then soldered to the latter. In contrast, in the other case the two optoelectronic components 31, 32 are already soldered to the circuit carrier 6. These are then encompassed by the light guide module 10 according to the invention after it has been mounted on the circuit carrier 6 in the respective depression V.
  • the optical light guide module 10 and the smoke detection block 20 are provided for mounting on a circuit carrier 6 of a scattered light smoke detector.
  • the circuit carrier 6 is preferably a (flat) printed circuit board.
  • OS is the top of the circuit board 6 and MS is a mounting side of the light guide module 10 or the smoke detection block 20.
  • the mounting side MS is - apart from possible pointing fixing elements 4 for PCB mounting, possible recesses V for receiving the optoelectronic components 3 and possible notches K as a light barrier - flat. After the surface mounting of the optical light guide module 10 or the smoke detection block 20, the mounting side MS then lies directly opposite the top side OS of the printed circuit board 6 or bears against it.
  • Reference number 11 denotes a light-conducting body on the transmission side and reference number 12 denotes a light-conducting body on the receiver side.
  • Both light guide bodies 11, 12 are connected by an intermediate body 2 which mechanically firmly connects them to one another.
  • Both light guide bodies 11, 12 each have a first and second light entry / exit surface F1, F2.
  • the respective first light entry / exit surface F1 is aligned with a common scattered light volume SZ provided for optical scattered light smoke detection.
  • the light-guiding bodies 11, 12 have such radiation-optical properties that the common scattered light volume SZ affects the respective optoelectronic component 31, 32, i.e. on the light emitting diode 31 and on the photodiode 32.
  • the respective second light entry / exit surface F2 lies opposite one of the optoelectronic components 31, 32, i.e. the light-emitting diode 31 and the photodiode 32.
  • the second light entry / exit surface F2 is preferably formed or shaped flat in or on the respective light guide body 11, 12.
  • the respective second light entry / exit surface F2 is designed such that it extends orthogonally to the main emission direction of the light-emitting diode 31 or to the main reception direction of the photodiode 32 (see the arrowed light beam emitted by the light-emitting diode 31 and the arrowed light beam received by the photodiode 32) ).
  • the light-emitting diode 31 has an LED chip (not shown further) with a (planar) luminous surface (see the following in detail FIG. 9 ).
  • the light-emitting diode 31 is a surface emitter.
  • the luminous area of the light-emitting diode 31 thus runs parallel to the upper side OS of the circuit carrier 6 and also parallel to the second light entry / exit area F2.
  • the main emission direction of the light-emitting diode 31 is thus orthogonal to the light-emitting surface.
  • LB denotes a light beam emitted by the light-emitting diode 31.
  • the directional beam runs from the LED 31 emitted light bundle LB along the optical axis OA of the light-guiding body 11.
  • the intermediate space between this luminous surface and the opposite second light entry / exit surface F2 is preferably completely filled with the transparent casting compound 5.
  • the potting compound 5 preferably has the same optical refractive index as the material of the light guide module 10 or the
  • the photodiode 32 has a photosensitive (plane) layer (not shown further) (see the following in detail FIG. 9 ) for the detection of scattered light SL from the scattered light volume SZ.
  • This photosensitive layer also runs parallel to the top side OS of the circuit carrier 6 and parallel to the second light entry / exit surface F2.
  • the main receiving direction of the photodiode 32 is orthogonal to the photosensitive layer and along the optical axis OA of the light guide body 12.
  • the space between the photosensitive layer and the opposite second light entry / exit surface F2 is completely filled with the transparent casting compound 5.
  • the potting compound 5 preferably has the same optical refractive index as the material of the light guide module 10 or the associated light guide body 12.
  • the two light-guiding bodies 11, 12 and the intermediate body 2 are made from a transparent material such as glass or from a plastic.
  • the plastic material is a thermoplastic.
  • All light guide bodies 11, 12 and all intermediate bodies 2 are preferably produced by means of a (plastic) injection molding process. It is particularly advantageous if the entire optical light guide module 10 according to the invention is itself produced as a one-piece optical (solid) component by means of a (plastic) injection molding process.
  • the light-guiding bodies 11, 12 and the intermediate body 2 can be joined together via form-fitting and / or non-positive connections FV to form the light-guiding module 10 which is firmly connected to one another.
  • the in FIG. 1 The material used is solder-stable. This means that the optical light guide module 10 or the smoke detection block 20 according to the invention survives a subsequent soldering process, in particular a reflow soldering process, without damage after the surface mounting together with further electrical, electronic and optoelectronic components 31, 32 on the circuit carrier 6. "Undamaged” means that the optical properties of the optical light guide module change only insignificantly and thus have no significant influence on the optical smoke detection.
  • a light-absorbing barrier B is introduced as an example in the intermediate body 2.
  • this barrier B is injected as an opaque, for example black plastic, during the plastic injection molding process.
  • notches K can also be formed as optical barriers in the intermediate body 2.
  • the two light-guiding bodies 11, 12 are already provided with a light-reflecting coating C, with the exception of the respective first and second light entry / exit surfaces F1, F2. It is true that the light beams emitted by the light-emitting diode 31 are reflected on the outer contour of the light-guiding body 11 with few optical losses at a reflector layer RF. Nevertheless, an applied reflecting, light-reflecting layer can further minimize optical losses. This is because the reflector layer RF as a boundary layer for total reflection of the emitted light beams, formed between the light guide body 11 and the ambient air, reflects only with a loss.
  • the reflective layer can be a metal layer, such as an aluminum layer. The metal layer can be vapor-deposited, for example.
  • the reflective coating C serves to avoid the optical coupling of stray light from the outside into the light-guiding bodies 11, 12. In a corresponding manner, the receiving-side light guiding body 12 can also have such a coating C.
  • fixing elements 4 are shaped on the mounting side MS of the light guide module 10 shown in the form of dowel pins, which point away from the mounting side MS.
  • the fixing elements 4 serve to fix the light guide module 10 on the circuit carrier 6 without play by means of a fit.
  • the fixing elements 4 engage in geometrically corresponding fixing openings PO in the circuit carrier 6.
  • the fixing openings PO can e.g. Bores in the circuit carrier 6.
  • the corresponding fixing elements 4 are cylindrical dowel pins in the form of bolts in this case.
  • the respective recess V has a circumferential diaphragm BL.
  • a sharply delimited light bundle emitted by the light-emitting diode 31 couples into the light-guiding body 11 through the second light entry / exit surface F2.
  • a sharp limitation of the optical reception area for the photodiode 32 in the depression V of the light guide body 12 is possible. In total, this advantageously results in an optically more precise mapping of the scattered light volume SZ and thus an improved optical smoke detection.
  • the directional beam of the light bundle LB emitted by the light-emitting diode 31 runs along the optical axis OA of the light guide body 11 and at an elevation angle ⁇ (elevation) of approximately 25 ° with respect to the mounting side MS of the light guide module 10.
  • This transmitter-side optical axis OA also runs orthogonally to the (flat) luminous surface of the light-emitting diode 31 and preferably passes through the geometric center of the luminous surface.
  • the receiver-side optical axis OA of the light-guiding body 12 designed as an optical lens LI is orthogonal to the (flat) Photosensitive layer of the photodiode 32 and preferably passes through the geometric center of the photosensitive layer.
  • both optical axes OA intersect in the geometric center of the scattered light volume SZ.
  • the height angle ⁇ is in a range from 0 ° to 45 °, preferably in the range from 10 ° to 30 °.
  • the scattering ⁇ denotes the scattering angle of the scattered light arrangement shown for optical smoke detection. In the present example, this is 90 °. In general, this scattering angle ⁇ is in the range from 30 ° to 120 °.
  • FIG 2 shows a top view of the light guide module 10 or of the smoke detection block 20 according to FIG FIG.
  • FIG 3 shows a first embodiment of the light guide module 10 or the smoke detection block 20 with one in comparison to FIG. 1 smaller height angle ⁇ and with a larger scattered light angle ⁇ .
  • the elevation angle ⁇ here has an exemplary angle value of approximately 10 ° and an exemplary angle value for the scattered light angle ⁇ of approximately 100 °.
  • FIG 4 shows a sectional view through an exemplary light guide module 10 or through an exemplary smoke detection block 20 according to a second embodiment with a forward and backward scattered light arrangement.
  • the forward scattered light arrangement is formed by the light guide body 11 shown on the left with an adjacent light-emitting diode 31 and the light guide body 13 shown on the right with an adjacent photodiode 32.
  • a forward scattering angle ⁇ F measured between the associated optical axes OA has an exemplary angle value of approx. 45 °.
  • FW denotes light scattered in the forward direction on smoke particles in the scattered light volume SZ.
  • the right photodiode 13 is arranged on a side of the circuit carrier 6 opposite the upper side OS of the circuit carrier 6.
  • the photodiode 32 "looks" through a through opening DO acting as a diaphragm BL in the circuit carrier 6 onto the second light entry / exit surface F2 of the right light guide body 13.
  • the associated light guide body 13 does not form any recess V. It only has the second light entry / exit surface F2 running on the mounting side MS. In other words, the second light entry / exit surface F2 runs in the flat surface of the mounting surface MS.
  • a light-emitting diode 31 can also be arranged on a side of the circuit carrier 6 opposite the upper side OS of the circuit carrier 6.
  • the light-emitting diode 31 shines through a through opening DO acting as a diaphragm BL in the circuit carrier 6 onto an opposite second light entry / exit surface F2. There is no need for a recess V in the light guide body 11.
  • the backward scattered light arrangement is formed by the light guide body 11 shown on the left with an adjacent light-emitting diode 31 and the light guide body 12 shown in the center with an adjacent photodiode 32.
  • the central light guide body 12 is designed as a circular optical lens LI with a circumferential annular groove N. The latter serves, as in the following FIG 10 shown as a light barrier and for fixing a plastic cover AB with light-absorbing structures.
  • a backward scattering angle ⁇ R measured between the associated optical axes OA has an exemplary angle value of approximately 115 °.
  • BW is the backward direction of light scattered on smoke particles in the scattered light volume SZ.
  • the exemplary light guide module 10 or the exemplary smoke detection block 20 here has three light guide bodies 11-13 and two intermediate bodies 2 which firmly connect them to one another. Together they form a one-piece optical unit.
  • FIG 5 shows a sectional view through an exemplary light guide module 10 or through an exemplary smoke detection block 20 according to a third embodiment along the line in FIG FIG 6 drawn line VV with an angled arrangement of two light guide bodies 11, 12 with an axis angle ⁇ .
  • the two optical axes OA of the two light guide bodies 11, 12 are aligned. Both optical axes OA have an angle value of 0 ° for the height angle ⁇ . Since, in this example, the geometrically formed scattered light volume SZ lies at the level of the first two light entry / exit surfaces F1, a particularly low overall height of the light guide module 10 according to the invention or the smoke detection block 20 according to the invention results.
  • FIG 6 shows a top view of the light guide module 10 or of the smoke detection block 20 according to FIG FIG 5 ,
  • the angled arrangement can be seen particularly well in this illustration.
  • the two light guide bodies 11, 12 are arranged with respect to their optical axes OA at an axis angle ⁇ with an exemplary angle value of 60 °.
  • the two optical axes OA span a plane that runs parallel to the mounting side MS of the light guide module 10 or the smoke detection block 20.
  • the axis angle ⁇ corresponds to the scattered-light angle ⁇ in the previous figures.
  • the two light-guiding bodies 11, 12 form an integral optical unit with the angled intermediate body 2.
  • FIG 7 shows a sectional view through an exemplary light guiding module 10 or through an exemplary smoke detection block 20 according to a fourth embodiment with a forward and backward scattered light arrangement as well as with a "sidelooker” light-emitting diode "31 and with a" sidelooker "photodiode 32.
  • it runs Main emission direction of the light emitting diode 31 as well as the main reception direction in the right part of the FIG 7 shown photodiode 32 parallel to the mounting side MS.
  • the depressions V in the two outer light-guiding bodies 11, 13 preferably form a flat second light entry / exit surface F2, which is oriented orthogonally to the mounting side MS. Both second light entry / exit surfaces F2 also run parallel to one another.
  • the second light entry / exit surface F2 of the left light guide body 11 is opposite a lateral (flat) light surface of the light-emitting diode 31.
  • the second light entry / exit surface F2 of the right light guide body 13 is opposite a lateral (flat) photosensitive layer of the photodiode 32.
  • a transparent casting compound 5, as described in the previous figures, is in turn introduced into the respective depressions V.
  • the forward scattered light arrangement is formed by the light guide body 11 shown on the left with an adjacent light-emitting diode 31 and the light guide body 13 shown on the right with an adjacent photodiode 32.
  • the backward scattered light arrangement is represented by the light guide body 11 shown on the left with an adjacent light emitting diode 31 and the light guide body 12 shown in the center with adjacent photodiode 32.
  • the central light guide body 12 is designed as a circular optical lens LI.
  • the optical lens LI is also surrounded by two adjacent barriers B, so that crosstalk of emitted light from the light-emitting diode 31 is prevented.
  • a recess AN is present in the circuit carrier 6, in which a part of the left and right light guide bodies 11, 13 engages.
  • FIG 8 shows a top view of the light guide module 10 or of the smoke detection block 20 according to FIG FIG 7 ,
  • the two optical axes OA of the two light guide bodies 11, 13 run through the common scattered light volume SZ.
  • the optical axes OA are even aligned, so that they span a plane orthogonal to the image plane shown.
  • FIG. 9 shows a sectional view in the region of a depression V of an exemplary smoke detection block 20 with a UV-curing adhesive 5 for mechanical fixing of an optoelectronic component 3, 31, 32 after calibration according to the invention.
  • FIG. 9 A section of a light-guiding body 11 can be seen, in the recess V of which a light-emitting diode 31 is embedded in a transparent casting compound 5.
  • the light-emitting diode 31 shown is designed as an SMD component and has a reflector 8 formed in the housing 7 for an LED chip 9 arranged therein. With A are the connection contacts or SMD pads of the SMD photodiode 31, which are electrically connected to the LED chip 9.
  • CAL denotes the multidimensionally possible linear and rotational adjustment movement directions of the SMD light-emitting diode 31 during a calibration process of a smoke detection block 20. If the SMD light-emitting diode 31 is now optimally aligned and placed in the recess V, the SMD light-emitting diode 31 remains in this position after the hardening time of the sealing compound 5. If the sealing compound 5 is a UV-light-curing adhesive, the adhesive 5 can be irradiated with UV light. After a few seconds, the SMD light-emitting diode 31 remains unchanged in the calibrated position.
  • a section of a light guide body 12 can be seen, in the recess V of which a photodiode 32 is embedded in a transparent casting compound 5.
  • the photodiode 32 shown is designed as an SMD component and has a flat photosensitive layer PS formed on the SMD housing 7.
  • CAL in turn designates the multi-dimensionally possible adjustment movement directions of the SMD photodiode 32 during a calibration process of a smoke detection block 20. If the SMD photodiode 32 is now optimally aligned and placed in the depression V, the SMD photodiode 32 remains in this position after the curing time of the sealing compound 5. If the sealing compound 5 is a UV-light-curing adhesive, the adhesive 5 can be irradiated with UV light. After a few seconds, the SMD photodiode 32 remains unchangeably in the calibrated position.
  • FIG 10 shows a sectional view through a smoke detection module 30 according to the invention with a module circuit carrier 6 'and with a plastic cover AB.
  • the entire Smoke detection module 30 together with the plastic cover AB can be applied to a circuit carrier 6 of a scattered light smoke detector and then soldered to it.
  • the circuit carrier adjoins an optical measuring chamber of the scattered light smoke detector.
  • the smoke detection module 30 with a plastic cover AB thus forms part of a measuring chamber base of the optical measuring chamber.
  • the smoke detection module 30 comprises an optical light guide module 10 and the module circuit carrier 6 'with the optoelectronic components 3 already applied thereon.
  • the light guide module 10 is preferably firmly connected to the module circuit carrier 6' to form a structural unit.
  • the smoke detection module 30 comprises a smoke detection block 20 with optoelectronic components 3 already contained therein and the module circuit carrier 6 '.
  • the smoke detection block 20 is firmly connected to the module circuit carrier 6 'to form a structural unit.
  • the connection contacts of the optoelectronic components are soldered to soldering pads on the upper side OS of the module circuit carrier 6 ', such as using a reflow soldering process.
  • the optoelectronic components 3 are preferably electrically connected via conductor tracks (not shown further) to contact areas P on an underside opposite the top side OS of the module circuit carrier 6 'or to contact areas P on the end face of the module circuit carrier 6'. All of the optoelectronic components 3 shown are preferably SMD components for surface mounting.
  • the smoke detection module 30 with a black plastic cover AB in particular with light-absorbing and / or light-reflecting structures provided as a light absorber.
  • the plastic cover AB is preferably shaped in such a way that the entire smoke detection module 30 can be pushed into the hood-shaped plastic cover AB.
  • the first light entry / exit areas F1 are left blank. The smoke detection module 30 is thus completely covered except for these recessed areas F1 and a receiving opening AO in the plastic cover AB.
  • FIG 11 shows a sectional view through the plastic cover AB according to FIG 10 as a one-piece component.
  • the component shown is preferably produced by means of a plastic injection molding process.
  • the plastic cover AB forms a diaphragm BL in the circumferential area of the recessed light entry / exit surfaces F1 to improve the optical smoke detection.
  • the plastic cover AB forms a peripheral web as a barrier B, which in the in FIG 10 shown ring groove N engages.
  • a further web is shown as a further barrier B, which engages in a notch K formed on the connecting body 2 of the light guide module 10.
  • FIG 12 shows a sectional view through an embodiment of the smoke detection module 30 according to the invention with a "sidelooker” LED 31 and with a plastic cover AB analogous to the example of FIG 10 and 11 ,

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Abstract

Ein optisches Lichtleitmodul (10) ist zur Montage auf einem Schaltungsträger (6) eines Streulichtrauchmelders vorgesehen, auf der zumindest zwei optoelektronische Bauelemente (31, 32), insbesondere eine LED und ein Photosensor, für die optische Streulichtrauchdetektion vorgesehen sind. Das Lichtleitmodul umfasst zumindest einen ersten und zweiten Lichtleitkörper (11, 12) sowie zumindest einen diese fest miteinander verbindenden Zwischenkörper (2). Die Lichtleitkörper weisen jeweils eine erste und zweite Lichtein-/austrittsfläche (F1, F2) auf. Die jeweilige erste Lichtein-/austrittsfläche ist auf ein gemeinsames Streulichtvolumen (SZ) ausgerichtet. Die jeweilige zweite Lichtein-/austrittsfläche liegt einem der für die Streulichtrauchdetektion vorgesehenen optoelektronischen Bauelemente gegenüber. Die Lichtleitkörper weisen derartige strahlenoptische Eigenschaften auf, dass das gemeinsame Streulichtvolumen auf das jeweilige optoelektronische Bauelement abbildbar ist. Die Erfindung betrifft zudem einen Rauchdetektionsblock (20), ein Rauchdetektionsmodul (30) mit einem solchen optischen Bauteil sowie einen Streulichtrauchmelder. Die erfindungsgemässen Vorrichtungen können direkt auf dem Schaltungsträger appliziert und mit den anderen Bauelementen verlötet werden, wie z.B. mittels eines Reflow-Lötverfahrens.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein optisches Bauteil zur Streulichtrauchdetektion und zur (SMD-)Montage auf einem Schaltungsträger eines Streulichtrauchmelders. Das optische Bauteil umfasst eine erste und zweite Lichtein-/austrittsfläche. Die erste Lichtein-/austrittsfläche ist auf ein für eine Streulichtrauchdetektion vorgesehenes Streulichtvolumen ausgerichtet. Die zweite Lichtein-/austrittsfläche liegt einem für die Streulichtrauchdetektion vorgesehenen optoelektronischen Bauelement auf dem Schaltungsträger gegenüber. Das optische Bauteil weist derartige strahlenoptische Eigenschaften auf, dass das Streulichtvolumen strahlenoptisch auf das optoelektronische Bauelement abbildbar ist.
  • Ein derartiges optisches Bauteil ist aus der internationalen Veröffentlichung WO 2009/036988 A1 bekannt. Für den Aufbau einer Streulichtanordnung werden zwei derartige als Lichtleitkörper ausgebildete optische Bauteile benötigt, die nach Ausrichtung auf einer Leiterplatte zueinander ein gemeinsames Streulichtvolumen definieren. Die beiden Lichtleitkörper weisen in der Draufsicht auf die Leiterplatte einen Streulichtwinkel β zueinander auf.
  • Unter einem optischen Bauteil wird ein Bauteil verstanden, das eine Wechselwirkung mit Licht eingeht, also insbesondere lichtformend, lichtführend und/oder lichtumwandelnd ist. Beispiele für optische Bauteile sind z.B. optische Linsen, die das Licht bündeln können, sowie Reflektoren, die das Licht reflektieren. Das optoelektronische Bauelement ist zum einen ein Lichtsender, insbesondere eine Leuchtdiode (LED), und zum anderen ein Photosensor, insbesondere eine Photodiode. Die Leuchtdiode ist typischerweise als Flächenstrahler ausgebildet, bei dem das emittierte Licht aus einer ebenen Fläche mit einer Lambert' sehen Lichtverteilung abgestrahlt wird.
  • Das Streulichtvolumen ist als geometrisches Schnittvolumen aus einem von einem Lichtsender ausgesandten Lichtbündel zur Beleuchtung von zu detektierenden Teilchen mit einem optischen Empfangssektor eines Photosensors definiert.
  • Mit "strahlenoptisch abbildbar" ist hier gemeint, dass ein Teil des Streulichts aus dem Streulichtvolumen, auf welches der Lichtleitkörper optisch ausgerichtet ist, über die erste Lichtein-/austrittsfläche weiter zur zweiten Lichtein-/austrittsfläche gelenkt bzw. fokussiert wird. Dieser zweiten Lichtein-/austrittsfläche liegt ein Photosensor gegenüber, sodass ein Grossteil des in den Lichtleitkörper eingekoppelten Streulichts zum Photosensor gelangt. Auf umgekehrtem Wege wird das von einer Leuchtdiode emittierte Licht über die zweite Lichtein-/austrittsfläche in den Lichtleitkörper eingekoppelt, dann weiter zu der ersten Lichtein-/austrittsfläche gelenkt bzw. fokussiert und anschliessend in Richtung zum Streulichtvolumen ausgekoppelt. Die optisch aktive Fläche der Leuchtdiode liegt dabei der zweiten Lichtein-/austrittsfläche gegenüber. Erreicht wird die jeweilige Lichtlenkung bzw. Fokussierung durch lichtbrechende und/oder lichtreflektierende Eigenschaften des Lichtleitkörpers.
  • Die optische Streulichtrauchdetektion ist äusserst anspruchsvoll im Hinblick auf die Positionierung der optoelektronischen Komponenten wie Leuchtdioden und Photodioden auf einem Schaltungsträger. Hier genügen bereits geringste mechanische Versätze und Verkippungen zwischen dem LED-Chip einer Leuchtdiode und dessen Chiphalter im zugehörigen LED-Gehäuse sowie zwischen dem LED-Gehäuse und dem Schaltungsträger. Mit "Versatz" ist eine laterale Abweichung von einer Standardposition in der Ebene des Schaltungsträgers gemeint. Mit "Verkippung" ist eine Winkelabweichung von der Normalen des Schaltungsträgers gemeint. Insbesondere bei Leuchtdioden mit kleinem Öffnungswinkel, die für die Rauchdetektion durch Konzentration der optischen Energie besonders energieeffizient sind, lässt sich sonst der benötigte Dynamikbereich bei der Rauchdetektion nicht mehr erzielen.
  • Besonders heikel sind im Bezug auf die genannte Veröffentlichung der internationalen Patentanmeldung WO 2009/036988 A1 mechanische Versätze und Verkippungen der jeweiligen optoelektronischen Bauelemente hinsichtlich des umschliessenden zugehörigen Lichtleitkörpers. Auch hier führen bereits geringste mechanische Abweichungen zu einer Veränderung der gesamten strahlenoptischen Abbildung. Hinzukommen weitere mechanische Versätze, Verkippungen und Ausrichtungsfehler der jeweiligen anderen optoelektronischen Bauteile, d.h. zumindest einer Photodiode und gegebenenfalls einer weiteren Leuchtdiode, auf dem Schaltungsträger. Die zuvor genannten Anordnungsfehler können sich nachteilig aufsummieren und in Summe zu überaus grossen messtechnischen Ungenauigkeiten bei der optischen Rauchdetektion führen, bis hin zu einer nicht mehr möglichen Rauchdetektion. Zu berücksichtigen sind ausserdem nicht zu vermeidende Bauteiltoleranzen an sich.
  • Entsprechend hoch sind die damit verbundenen Herstellungs- und Fertigungskosten für einen solchen optischen Rauchmelder. Hinzu kommen die nicht unerheblichen Aufwendungen für die optische Kalibrierung, wie z.B. für den Test des Rauchmelders in einem Rauchkanal. Solche abschliessenden Tests können nur beim nahezu komplettierten Gerät durchgeführt werden.
  • Ausgehend vom eingangs genannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes optisches Bauteil für die Streulichtrauchdetektion bei einem Streulichtrauchmelder anzugeben.
  • Die Aufgabe wird mit den Gegenständen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäss der Erfindung wird ein optisches Lichtleitmodul zur Montage auf einem Schaltungsträger eines Streulichtrauchmelders vorgeschlagen, wobei auf dem Schaltungsträger zumindest zwei optoelektronische Bauelemente für die Streulichtrauchdetektion vorgesehen sind. Das Lichtleitmodul umfasst zumindest einen ersten und zweiten Lichtleitkörper sowie zumindest einen diese fest miteinander verbindenden Zwischenkörper. Die Lichtleitkörper weisen jeweils eine erste und zweite Lichtein-/austrittsfläche auf. Die jeweilige erste Lichtein-/austrittsfläche ist auf ein für die optische Streulichtrauchdetektion vorgesehenes gemeinsames Streulichtvolumen ausgerichtet. Die jeweilige zweite Lichtein-/austrittsfläche liegt einem der für die optische Streulichtrauchdetektion vorgesehenen optoelektronischen Bauelemente gegenüber. Die Lichtleitkörper weisen derartige strahlenoptische Eigenschaften auf, dass das gemeinsame Streulichtvolumen auf das jeweilige optoelektronische Bauelement abbildbar ist.
  • Das Lichtleitmodul bildet eine Baueinheit, insbesondere eine einstückige, einteilige Baueinheit, die dann als Ganzes zur direkten Oberflächenmontage (SMD) auf einem Schaltungsträger vorgesehen ist. Der besondere Vorteil bei dem einstückigen Lichtleitmodul liegt in dem Wegfall der sonst möglichen mechanischen Versätze oder Verkippungen im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem zwei separate Lichtleitkörper auf dem Schaltungsträger zu applizieren sind.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die zwei Lichtleitkörper sowie der zumindest eine Zwischenkörper aus einem transparenten Werkstoff wie Glas oder aus einem Kunststoff hergestellt. Im Falle von Glas ist der Werkstoff ein Quarz-, Silikat- oder Flintglas. Im Falle von Kunststoff ist der Werkstoff ein Duroplast oder ein Thermoplast. Mit "transparent" ist hier gemeint, dass der Werkstoff für das für die optische Streulichtdetektion eingesetzte Licht durchlässig und insbesondere klar ist. Die Lichtwellenlänge des eingesetzten Lichts liegt in einem Bereich von 400 nm bis 1000 nm. Mit "klar" ist gemeint, dass der Werkstoff keine Trübung und somit keine nennenswerte optischen Verluste aufweist. Als geeigneter Kunststoff bzw. Thermoplast kommt z.B. Polyamid, Polyamid 6, Polyamid 6,6, Polyamid 6,12, Polybutylenterephthalat, Polyethylenterephthalat, Polycarbonat, Polyphenylenoxid, Polyoxymethylen, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer, Polymethylmethacrylat, modifiziertes Polypropylen, ultrahigh molecular weight Polyethylen, Ethylen-Styrol-Interpolymere, Copolyesterelastomere, thermoplastisches Urethan, Polymethylmethacrylimid, Cycloolefincopolymere, Cycloolefinpolymere, Polystyrol und Styrol-Acrylnitril-Copolymer in Frage.
  • Insbesondere sind die zwei Lichtleitkörper sowie der zumindest eine Zwischenkörper mittels eines Formgebungsverfahrens hergestellt, insbesondere mittels eines Gussverfahrens oder eines Spritzgussverfahrens. Die beiden Lichtleitkörper und der diese fest miteinander verbindende Zwischenkörper bilden somit ein einstückiges massives optisches Bauteil. Ein derartiges Bauteil ist in hoher Stückzahl bei zugleich minimalen Fertigungstoleranzen günstig herstellbar. Ein solches optisches Lichtleitmodul kann zusätzlich z.B. mittels eines oder mehrerer Befestigungsclips an dem Schaltungsträger befestigt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das optische Lichtleitmodul nach dessen Anbringung an dem Schaltungsträger mit diesem verklebt werden.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform ist der transparente Glas- oder Kunststoff-Werkstoff derart temperaturbeständig, dass dieser für einen Lötprozess nach einer Oberflächenmontage zusammen mit weiteren elektrischen, elektronischen und optoelektronischen Bauelementen auf der Leiterplatte lötstabil ist. Bei dem Lötprozess handelt es sich vorzugsweise um einen sogenannten Reflow-Lötprozess.
  • Als Kunststoff-Werkstoffe eignen sich z.B. die in der internationalen Veröffentlichung WO 2006/114082 A2 genannten thermoplastischen Materialien. Diese weisen eine erhöhte Temperaturformbeständigkeit auf, sind aber trotzdem vor der zusätzlichen Vernetzung aufgrund ihrer thermoplastischen Eigenschaften leicht, billig formbar und lötbeständig.
  • Einer Ausführungsform zufolge ist in zumindest einem der Zwischenkörper eines optischen Lichtleitmoduls zumindest eine lichtabsorbierende Barriere eingebracht und/oder zumindest eine Kerbe ausgeformt. Dadurch wird ein optisches Übersprechen von LED-Licht, das in einen angrenzenden Lichtleitkörper eingekoppelt wird, in den angrenzenden Zwischenkörper und weiter zum angrenzenden weiteren Lichtleitkörper mit einem dort angrenzenden Photosensor weitgehend unterdrückt.
  • Im ersten Fall kann die lichtabsorbierende Barriere ein eingefärbtes lichtabsorbierendes Glas (schwarzes Glas) oder ein eingefärbter lichtabsorbierender Kunststoff sein (schwarzer Kunststoff). Bei zuletzt genannten Werkstoffe können z.B. im Spritzgussverfahren in einem Bereich des Zwischenkörpers als weiterer Werkstoff mit eingespritzt werden. Im zweiten Fall kann die Gussform für die Herstellung des Lichtleitmoduls im Bereich des Zwischenkörpers Rippen oder Stege aufweisen, die nach dem Aushärten des Gussmaterials Kerben an der Aussenseite des Zwischenkörpers hinterlassen.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform sind die zumindest zwei Lichtleitkörper unter Aussparung der jeweiligen ersten und zweiten Lichtein-/austrittsfläche zumindest teilweise mit einem Überzug versehen. Der Überzug (Coating) ist ein lichtabsorbierender und/oder ein lichtreflektierender Aufstrich. Vorzugsweise ist der Überzug ein klarer, transparenter Überzug, der einen optischen Brechungsindex aufweist, der kleiner ist als der optische Brechungsindex des Glas- oder Kunststoffwerkstoffs der Lichtleitkörper. Dadurch resultiert eine faktisch verlustfreie Reflexion von Licht an der Grenzfläche von der Aussenseite der Lichtleitkörper zum Überzug im Sinne eines Lichtwellenleiters. Der Überzug kann z.B. aufgestrichen werden oder durch ein Tauchbad aufgebracht werden. Zusätzlich kann der transparente Überzug nach dessen Aufbringung mit einem lichtabsorbierenden weiteren "schwarzen" Aufstrich überzogen sein, zumindest für das bei der optischen Rauchdetektion verwendete Licht.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform sind die zumindest zwei Lichtleitkörper sowie der zumindest eine Zwischenkörper über zumindest eine formschlüssige Verbindung zu dem fest miteinander verbundenen Lichtleitmodul fügbar. Die jeweiligen Körper können z.B. miteinander verklebt sein und/oder aneinander gesteckt sein im Sinne einer Feder/Nut-Verbindung.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführungsform weist das optische Lichtleitmodul eine Montageseite auf, die nach der Montage des optischen Lichtleitmoduls auf dem Schaltungsträger diesem gegenüberliegt. Der Schaltungsträger ist typischerweise eine (ebene) Leiterplatte. Es sind bei dem Lichtleitmodul an der Montageseite zumindest zwei wegstehende bzw. wegzeigende Passelemente, insbesondere Stifte, Bolzen oder Stege, ausgeformt, die konstruktiv auf entsprechende Öffnungen im Schaltungsträger zum Einpassen der Passelemente in diese Öffnungen abgestimmt sind. Nach dem Einpassen ist das Lichtleitmodul spielfrei auf dem Schaltungsträger fixiert.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform weist das optische Lichtleitmodul eine Montageseite auf, die nach Montage des optischen Lichtleitmoduls auf dem Schaltungsträger diesem Schaltungsträger gegenüberliegt. Der jeweilige Lichtleitkörper weist eine Vertiefung an der Montageseite mit der jeweiligen zweiten Lichtein-/austrittsfläche auf, sodass der jeweilige Lichtleitkörper mit seiner Vertiefung das jeweilige optoelektronische Bauelement auf dem Schaltungsträger umfasst.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird weiter mit einem Rauchdetektionsblock gelöst, der ein erfindungsgemässes optisches Lichtleitmodul aufweist. Das optische Lichtleitmodul weist eine Montageseite für eine Oberflächenmontage des optischen Lichtleitmoduls auf einem Schaltungsträger auf. Der jeweilige Lichtleitkörper weist eine Vertiefung an der Montageseite zur Aufnahme eines jeweiligen, für eine Oberflächenmontage ausgebildeten optoelektronischen Bauelements auf. Die jeweilige Vertiefung ist mit einer transparenten, für die verwendete Lichtwellenlänge durchlässigen Vergussmasse zwischen der jeweiligen Vertiefung und dem jeweiligen aufgenommenen optoelektronischen Bauelement versehen. Die jeweiligen optoelektronischen Bauelemente sind derart aufgenommen, dass ihre elektrischen Anschlusskontakte (im Wesentlichen) bündig zur Montageseite ausgerichtet sind. Die elektrischen Anschlusskontakte werden auch als SMD-Pads bezeichnet.
  • Mit anderen Worten liegen die jeweiligen ebenen Anschlusskontakte im Wesentlichen in der Ebene der Montageseite des Lichtleitmoduls. Bei den optoelektronischen Bauelementen wie Leuchtdioden und Photodioden handelt es sich um SMD-Bauteile.
  • Die transparente Vergussmasse ist zumindest in den bei der optischen Rauchdetektion eingesetzten Lichtwellenlängenbereichen lichtleitend und klar. Die Vergussmasse weist somit einen geringen optischen Verlust auf.
  • Nach dem Aushärten der transparenten Vergussmasse in den Vertiefungen sind die optoelektronischen Bauelemente dann in den Vertiefungen fixiert. Die transparente Vergussmasse weist derartige thermische Eigenschaften auf, dass sich die Festigkeit der Vergussmasse während des Lötprozesses, insbesondere während des Reflow-Lötprozess, nur unwesentlich ändert.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Rauchdetektionsblocks ist die jeweilige Vertiefung mit einem transparenten Klebstoff versehen. Der Klebstoff weist z.B. eine Aushärtezeit im Bereich von 1 Sekunde bis 10 Stunden, insbesondere im Bereich von 1 Sekunde bis 1 Minute, auf.
  • Vorzugsweise weist die Vergussmasse den gleichen optischen Brechungsindex auf wie der Werkstoff des Lichtleitmoduls. Dadurch sind die Vergussmasse und der Werkstoff des Lichtleitmoduls optisch zueinander angepasst. Somit werden mögliche optische Brechungen eines Teils des von der Leuchtdiode emittierten Lichts beim Übergang von der Leuchtdiode in das Lichtleitmodul über die zweite Lichtein-/austrittsfläche minimiert. Ebenso werden mögliche optische Brechungen beim Übergang eines Teils des aus der zweiten Lichtein-/austrittsfläche des Lichtleitmoduls auskoppelnden Streulichts in den gegenüberliegenden Photosensor minimiert.
  • Vorzugsweise ist der transparente Klebstoff (Vergussmasse) ein lichthärtender, insbesondere ein UV-härtender Klebstoff. Im Fall eines UV-härtenden Klebstoffs ist die Lichtquelle eine UV-Lichtquelle. Dadurch können die optoelektronischen Bauelemente zunächst in den jeweiligen Vertiefungen im Rahmen eines optischen Kalibrierungsprozesses mechanisch justiert werden und erst dann nach erfolgter Kalibrierung fixiert werden, indem der Klebstoff mit Licht zu Lichthärtung beleuchtet wird. Es werden somit im Rahmen der Fertigung eines solchen Rauchdetektionsblocks die eingebrachten Leuchtdiode und Photodioden ausgerichtet und online kalibriert. Anschliessend wird der Klebstoff in den Vertiefungen mit Licht zum Aushärten des Klebstoffs bestrahlt. Es resultiert somit vorteilhaft ein komplettes optoelektronisches Bauteil, das bereits kalibriert, SMD-fähig und für den automatisierten Reflowprozess geeignet ist. Mit "online kalibriert" ist hier gemeint, dass der Rauchdetektionsblock zu Kalibrierungszwecken z.B. in einen Rauchkanal eingebracht wird oder dass ein Teststreukörper zu Kalibrierungszwecken in das Streulichtvolumen des Rauchdetektionsblocks eingebracht wird. Es wird dann während des Kalibrierungsvorgangs ein Sensorsignal vom jeweiligen Photosensor fortlaufend erfasst und ausgewertet. Dabei werden die optoelektronischen Bauelemente solange mechanisch in der jeweiligen Vertiefung justiert, bis das Kalibrierungsergebnis optimal ist.
  • Der komplette Rauchdetektionsblock weist definierte und bereits kalibrierte optische und elektrische Eigenschaften auf. Durch das Integrieren der optoelektronischen SMD-Bauelemente bereits in das optische Lichtleitmodul gibt es keine mechanischen Versätze mehr. Der komplette Rauchdetektionsblock wird lediglich auf dem Schaltungsträger appliziert und mit diesem verlötet. Mechanische Toleranzen des Meldergehäuses wirken sich nicht mehr auf die Streulichtdetektion aus.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird weiter mit einem Rauchdetektionsmodul gelöst, das ein erfindungsgemässes optisches Lichtleitmodul und einen Modulschaltungsträger umfasst. Das optische Lichtleitmodul weist eine Montageseite zur insbesondere unlösbaren (nicht-lösbaren) Anbringung des optischen Lichtleitmoduls auf dem Modulschaltungsträger des Rauchdetektionsmoduls auf. Die Lichtleitkörper weisen eine jeweilige Vertiefung an der Montageseite mit der jeweiligen zweiten Lichtein-/austrittsfläche auf. Es sind auf dem Modulschaltungsträger die jeweiligen optoelektronischen Bauelemente für die Streulichtrauchdetektion derart angeordnet, dass diese nach der Anbringung des optischen Lichtleitmoduls auf dem Modulschaltungsträger von der jeweiligen Vertiefung umfasst sind. Die optoelektronischen Bauelemente weisen elektrische Anschlusskontakte auf, welche mit von aussen zugänglichen Kontaktierungsflächen an der Aussenseite des Modulschaltungsträgers elektrisch verbunden sind.
  • Das optische Lichtleitmodul kann anschliessend mit dem Modulschaltungsträger zum erfindungsgemässen Rauchdetektionsmodul verklebt werden, mit dem Modulschaltungsträger verschraubt werden oder über Raststege oder Rastbolzen mit dem Modulschaltungsträger verschnappt werden. Das gesamte Rauchdetektionsmodul kann vorteilhaft auf einen Schaltungsträger eines Rauchmelders appliziert werden, wobei dann der Modulschaltungsträger mit dem Schaltungsträger des Rauchmelders verlötet wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird schliesslich mit einem Streulichtrauchmelder gelöst, der ein Meldergehäuse mit zumindest einer Raucheintrittsöffnung, eine im Meldergehäuse aufgenommene, für zu detektierenden Rauch durchlässige optische Messkammer sowie einen Schaltungsträger umfasst.
  • Die optische Messkammer weist ein erfindungsgemässes optisches Lichtleitmodul auf, welches auf dem Schaltungsträger des Streulichtrauchmelders mit den jeweiligen, dem optischen Lichtleitmodul gegenüberliegenden optoelektronischen Bauelementen angebracht ist.
  • Alternativ dazu kann die optische Messkammer einen erfindungsgemässen Rauchdetektionsblock aufweisen, der auf dem Schaltungsträger des Streulichtrauchmelders angebracht ist. Dabei kontaktieren die elektrischen Anschlusskontakte der jeweiligen optoelektronischen Bauelemente des Rauchdetektionsblocks mit Kontaktierungsflächen auf dem Schaltungsträger.
  • Weiter alternativ dazu kann die optische Messkammer ein Rauchdetektionsmodul aufweisen, welches auf dem Schaltungsträger des Streulichtrauchmelders angebracht ist. Der Modulschaltungsträger des Rauchdetektionsmoduls ist über dessen Kontaktierungsflächen elektrisch mit korrespondierenden Kontaktierungsflächen auf dem Schaltungsträger verbunden.
  • In allen drei zuvor genannten Alternativen ist zumindest eines der optoelektronischen Bauelemente eine lichtemittierende Komponente, insbesondere eine Leuchtdiode, und zumindest ein weiteres optoelektronisches Bauelement ein Photosensor. Der Streulichtrauchmelder weist dabei eine Steuereinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, die zumindest eine Leuchtdiode gepulst anzusteuern, ein vom jeweiligen Photosensor ausgegebenes Photosignal zu erfassen, einen Brandfall zu detektieren und bei einem detektierten Brandfall eine Warn- oder Alarmmeldung auszugeben.
  • Ein derartiger Streulichtrauchmelder ist typischerweise als Punktmelder zum Betrieb an einer Melderlinie mit einer Vielzahl weiterer daran angeschlossener Rauchmelder oder zum batteriegestützten Stand-Alone-Betrieb eingerichtet. Anstelle der Melderlinie kann auch ein Feldbus eingesetzt werden.
  • Die Ausgabe der Warn- oder Alarmmeldung kann optisch und/oder akustisch am Streulichtrauchmelder selbst erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, die Warn- oder Alarmmeldung über die Melderlinie an eine übergeordnete, an der Melderlinie angeschlossene Brandmeldezentrale auszugeben. Die Steuereinheit kann zudem alternativ oder zusätzlich dazu eingerichtet sein, die Warn- oder Alarmmeldung zumindest mittelbar und drahtlos an eine übergeordnete funkgestützte Brandmeldezentrale auszugeben.
  • Bei allen erfindungsgemässen Vorrichtungen kann die Leuchtdiode auch eine Zweifarben-Leuchtdiode sein. Eine solche Zweifarben-Leuchtdiode ist dazu ausgebildet, entsprechend ihrer elektrischen Ansteuerung Licht in einem ersten Wellenlängenbereich und Licht in einem davon verschiedenen zweiten Wellenlängenbereich auszusenden. Vorzugsweise weist die Zweifarben-Leuchtdiode einen ersten LED-Chip zum Aussenden von Licht des ersten Wellenlängenbereichs und einen zweiten LED-Chip zum Aussenden von Licht des zweiten Wellenlängenbereichs auf. Der Photosensor ist in diesem Fall dazu ausgebildet, zumindest Licht in diesem ersten und zweiten Wellenlängenbereich zu detektieren. Zur Aussendung von rotem oder infrarotem Licht des ersten Wellenlängenbereichs ist der Einsatz eines rotleuchtenden LED- oder eines Infrarot-LED-Chips bekannt. Zur Aussendung von blauem oder violettem Licht des zweiten Wellenlängenbereichs ist der Einsatz eines blau- bzw. violett leuchtenden LED-Chips bekannt. Durch geeignete Auswertung des vom Photosensor empfangenen jeweiligen farbigen Streulichts, wie z.B. durch Verhältnisbildung, ist dann eine Auswertung hinsichtlich der Partikelgrösse der detektierten Rauchpartikel möglich. Mittels geeigneter Bewertung der ermittelten Partikelgrösse ist z.B. eine Unterscheidung von Rauch, Staub und Wasserdampf möglich. Die Ausgabe eines möglichen Fehlalarms wird dadurch vermieden.
  • Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden am Beispiel der nachfolgenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
    • FIG 1
    eine Schnittdarstellung durch ein beispielhaftes Lichtleitmodul bzw. durch einen beispielhaften Rauchdetektionsblock gemäss der Erfindung mit zwei Lichtleitkörpern entlang der in FIG 2 eingezeichneten Schnittlinie I-I,
    FIG 2
    eine Draufsicht auf das Lichtleitmodul bzw. auf den Rauchdetektionsblock gemäss FIG 1,
    FIG 3
    eine erste Ausführungsform des Lichtleitmoduls bzw. des Rauchdetektionsblocks mit einem im Vergleich zu FIG 1 kleineren Höhenwinkel und mit einem grösseren Streulichtwinkel,
    FIG 4
    eine Schnittdarstellung durch ein beispielhaftes Lichtleitmodul bzw. durch einen beispielhaften Rauchdetektionsblock gemäss einer zweiten Ausführungsform mit einer Vorwärts- und Rückwärtsstreulichtanordnung,
    FIG 5
    eine Schnittdarstellung durch ein beispielhaftes Lichtleitmodul bzw. durch einen beispielhaften Rauchdetektionsblock gemäss einer dritten Ausführungsform entlang der in FIG 6 eingezeichneten Schnittlinie V-V mit einer gewinkelten Anordnung zweier Lichtleitkörper mit einem Achsenwinkel,
    FIG 6
    eine Draufsicht auf das Lichtleitmodul bzw. auf den Rauchdetektionsblock gemäss FIG 5,
    FIG 7
    eine Schnittdarstellung durch ein beispielhaftes Lichtleitmodul bzw. durch einen beispielhaften Rauchdetektionsblock gemäss einer vierten Ausführungsform mit einer Vorwärts- und Rückwärtsstreulichtanordnung mit einer "Sidelooker"-Leuchtdiode" und mit einer "Sidelooker"-Photodiode,
    FIG 8
    eine Draufsicht auf das Lichtleitmodul bzw. auf den Rauchdetektionsblock gemäss FIG 7,
    FIG 9
    eine Schnittdarstellung im Bereich einer Vertiefung eines beispielhaften Rauchdetektionsblocks mit einem UV-härtenden Klebstoff zur mechanischen Fixierung eines optoelektronischen Bauelements nach einer Kalibrierung gemäss der Erfindung,
    FIG 10
    eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemässes Rauchdetektionsmodul mit einem Modulschaltungsträger und mit einer Kunststoffabdeckung,
    FIG 11
    eine Schnittdarstellung durch die Kunststoffabdeckung gemäss FIG 10 als einstückiges Bauteil,
    FIG 12
    eine Schnittdarstellung durch eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Rauchdetektionsmoduls mit einer "Sidelooker"-LED.
  • FIG 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein beispielhaftes Lichtleitmodul 10 bzw. durch einen beispielhaften Rauchdetektionsblock 20 gemäss der Erfindung mit zwei Lichtleitkörpern 1 entlang der in FIG 2 eingezeichneten Schnittlinie I-I.
  • Der erfindungsgemässe Rauchdetektionsblock 20 unterscheidet sich dabei vom erfindungsgemässen Lichtleitmodul 10 dadurch, dass die in der FIG 1 gezeigten und für die optische Streulichtrauchdetektion vorgesehenen optoelektronischen Bauelemente 3, d.h. die Leuchtdiode 31 und Photodiode 32, bereits in einer transparenten Vergussmasse 5 in einer zugehörigen Vertiefung V im jeweiligen Lichtleitkörper 1 vorzugsweise bereits kalibiert aufgenommen sind. Durch das Integrieren der hier als SMD-Bauelemente 3 ausgebildeten optoelektronischen Bauelemente 3 in das optische Lichtleitmodul 10 resultiert vorteilhaft eine Baueinheit, die wie ein SMD-Bauelement auf einem Schaltungsträger 6 appliziert und dann mit diesem verlötet werden kann. Dagegen sind im anderen Fall die beiden optoelektronischen Bauelemente 31, 32 bereits auf dem Schaltungsträger 6 verlötet. Diese werden dann vom erfindungsgemässen Lichtleitmodul 10 nach dessen Montage auf dem Schaltungsträger 6 in der jeweiligen Vertiefung V umfasst.
  • Das optische Lichtleitmodul 10 und der Rauchdetektionsblock 20 sind zur Montage auf einem Schaltungsträger 6 eines Streulichtrauchmelders vorgesehen. Der Schaltungsträger 6 ist vorzugsweise eine (plane) Leiterplatte. Mit OS ist die Oberseite der Leiterplatte 6 und mit MS eine Montageseite des Lichtleitmoduls 10 bzw. des Rauchdetektionsblocks 20 bezeichnet. Die Montageseite MS ist - abgesehen von möglichen wegzeigenden Fixierelementen 4 zur Leiterplattenbefestigung, von möglichen Vertiefungen V zur Aufnahme der optoelektronischen Bauelemente 3 sowie von möglichen Einkerbungen K als Lichtbarriere - plan ausgeführt. Nach der Oberflächenmontage des optischen Lichtleitmoduls 10 bzw. des Rauchdetektionsblocks 20 liegt dann die Montageseite MS direkt der Oberseite OS der Leiterplatte 6 gegenüber bzw. liegt an dieser an.
  • Mit dem Bezugszeichen 11 ist ein sendeseitiger Lichtleitkörper und mit dem Bezugszeichen 12 ein empfängerseitiger Lichtleitkörper bezeichnet. Beide Lichtleitkörper 11, 12 sind durch einen diese mechanisch fest miteinander verbindenden Zwischenkörper 2 verbunden. Beide Lichtleitkörper 11, 12 weisen jeweils eine erste und zweite Lichtein-/austrittsfläche F1, F2 auf. Die jeweilige erste Lichtein-/austrittsfläche F1 ist auf ein für die optische Streulichtrauchdetektion vorgesehenes gemeinsames Streulichtvolumen SZ ausgerichtet. Weiter gemäss der Erfindung weisen die Lichtleitkörper 11, 12 derartige strahlenoptische Eigenschaften auf, dass das gemeinsame Streulichtvolumen SZ auf das jeweilige optoelektronische Bauelement 31, 32, d.h. auf die Leuchtdiode 31 und auf die Photodiode 32, abgebildet wird.
  • Die jeweilige zweite Lichtein-/austrittsfläche F2 liegt einem der optoelektronischen Bauelemente 31, 32 gegenüber, d.h. der Leuchtdiode 31 und der Photodiode 32. Die zweite Lichtein-/austrittsfläche F2 ist vorzugsweise plan im oder am jeweiligen Lichtleitkörper 11, 12 ausgebildet bzw. ausgeformt. Insbesondere ist die jeweilige zweite Lichtein-/austrittsfläche F2 derart ausgebildet, dass diese orthogonal zur Hauptabstrahlrichtung der Leuchtdiode 31 bzw. zur Hauptempfangsrichtung der Photodiode 32 verläuft (siehe dazu der gepfeilte, von der Leuchtdiode 31 emittierte Lichtstrahl und der gepfeilte, von der Photodiode 32 Empfangslichtstrahl).
  • Im vorliegenden Beispiel weist die Leuchtdiode 31 einen nicht weiter gezeigten LED-Chip mit einer (planen) Leuchtfläche auf (siehe im Detail die nachfolgende FIG 9). Die Leuchtdiode 31 ist in diesem Fall ein Flächenstrahler. Die Leuchtfläche der Leuchtdiode 31 verläuft somit parallel zur Oberseite OS des Schaltungsträgers 6 und zudem parallel zur zweiten Lichtein-/austrittsfläche F2. Die Hauptabstrahlrichtung der Leuchtdiode 31 verläuft somit orthogonal zur Leuchtfläche. Mit LB ist ein von der Leuchtdiode 31 emittiertes Lichtbündel bezeichnet. Dabei verläuft der Richtungsstrahl des von der Leuchtdiode 31 emittierten Lichtbündels LB entlang der optischen Achse OA des Lichtleitkörpers 11. Vorzugsweise ist der Zwischenraum zwischen dieser Leuchtfläche und der gegenüberliegenden zweiten Lichtein-/austrittsfläche F2 vollständig mit der transparenten Vergussmasse 5 ausgefüllt. Die Vergussmasse 5 weist vorzugsweise den gleichen optischen Brechungsindex auf wie der Werkstoff des Lichtleitmoduls 10 bzw. des zugehörigen Lichtleitkörpers 11.
  • Weiterhin weist im vorliegenden Beispiel die Photodiode 32 eine nicht weiter gezeigte photosensitive (plane) Schicht auf (siehe im Detail die nachfolgende FIG 9) zur Detektion von Streulicht SL aus dem Streulichtvolumen SZ auf. Auch diese photosensitive Schicht verläuft parallel zur Oberseite OS des Schaltungsträgers 6 und parallel zur zweiten Lichtein-/austrittsfläche F2. Mit anderen Wort verläuft die Hauptempfangsrichtung der Photodiode 32 orthogonal zur photosensitiven Schicht und entlang der optischen Achse OA des Lichtleitkörpers 12. Vorzugsweise ist der Zwischenraum zwischen der photosensitiven Schicht und der gegenüberliegenden zweiten Lichtein-/austrittsfläche F2 vollständig mit der transparenten Vergussmasse 5 ausgefüllt. Die Vergussmasse 5 weist vorzugsweise den gleichen optischen Brechungsindex auf wie der Werkstoff des Lichtleitmoduls 10 bzw. des zugehörigen Lichtleitkörpers 12.
  • Die beiden Lichtleitkörper 11, 12 sowie der Zwischenkörper 2 sind im vorliegenden Beispiel aus einem transparenten Werkstoff wie Glas oder aus einem Kunststoff hergestellt. Insbesondere ist der Kunststoffwerkstoff ein Thermoplast. Vorzugsweise werden alle Lichtleitkörper 11, 12 sowie alle Zwischenkörper 2 mittels eines (Kunststoff-)Spritzgussverfahrens hergestellt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das gesamte erfindungsgemässe optische Lichtleitmodul 10 selbst mittels eines (Kunststoff-)Spritzgussverfahrens als einstückiges optisches (massives) Bauteil hergestellt wird.
  • Alternativ können die Lichtleitkörper 11, 12 sowie der Zwischenkörper 2, wie gestrichelt eingezeichnet, über form- und/oder kraftschlüssige Verbindungen FV zu dem fest miteinander verbundenen Lichtleitmodul 10 zusammengefügt werden.
  • Der in FIG 1 verwendete Werkstoff ist lötstabil. Damit ist gemeint, dass das erfindungsgemässe optische Lichtleitmodul 10 bzw. der erfindungsgemässe Rauchdetektionsblock 20 nach der Oberflächenmontage zusammen mit weiteren elektrischen, elektronischen und optoelektronischen Bauelementen 31, 32 auf dem Schaltungsträger 6 einen nachfolgenden Lötprozess, insbesondere einen Reflow-Lötprozess, unbeschadet übersteht. Mit "unbeschadet" ist gemeint, dass sich die optischen Eigenschaften des optischen Lichtleitmoduls nur unwesentlich verändern und somit keinen signifikanten Einfluss auf die optische Rauchdetektion haben.
  • Wie die FIG 1 weiter zeigt, ist im Zwischenkörper 2 beispielhaft eine lichtabsorbierende Barriere B eingebracht. Im einfachsten Fall wird diese Barriere B als lichtundurchlässiger, z.B. schwarzer Kunststoff, während des Kunststoff-Spritzgussverfahrens mit eingespritzt. Zur Reduzierung des optischen Übersprechens können auch Kerben K als optische Barrieren im Zwischenkörper 2 ausgeformt sein.
  • Weiterhin sind die zwei Lichtleitkörper 11, 12 bereits unter Aussparung der jeweiligen ersten und zweiten Lichtein-/austrittsfläche F1, F2 mit einem lichtreflektierenden Überzug C versehen. Zwar werden die von der Leuchtdiode 31 emittierten Lichtstrahlen mit wenigen optischen Verlusten an einer Reflektorschicht RF an der Aussenkontur des Lichtleitkörpers 11 reflektiert. Dennoch kann z.B. eine aufgebrachte spiegelnde, lichtreflektierende Schicht die optischen Verluste weiter minimieren. Denn die Reflektorschicht RF als Grenzschicht für eine Totalreflexion der emittierten Lichtstrahlen, ausgebildet zwischen Lichtleitkörper 11 und Umgebungsluft, reflektiert nur verlustbehaftet. Die spiegelnde Schicht kann eine Metalllage sein, wie z.B. eine Aluminiumlage. Die Metalllage kann z.B. aufgedampft sein. Darüber hinaus dient der reflektierende Überzug C zur Vermeidung der optischen Einkopplung von Störlicht von aussen in die Lichtleitkörper 11, 12. In entsprechender Weise kann auch der empfangsseitige Lichtleitkörper 12 einen derartigen Überzug C aufweisen.
  • Ferner sind an der Montageseite MS des gezeigten Lichtleitmoduls 10 Fixierelemente 4 in Form von Passstiften ausgeformt, die von der Montageseite MS wegzeigen. Die Fixierelemente 4 dienen einer spielfreien Fixierung des Lichtleitmoduls 10 auf dem Schaltungsträger 6 mittels Passung. Die Fixierelemente 4 greifen dabei in geometrisch korrespondierende Fixieröffnungen PO im Schaltungsträger 6. Die Fixieröffnungen PO können z.B. Bohrungen im Schaltungsträger 6 sein. Die korrespondierenden Fixierelemente 4 sind in diesem Fall zylindrische Passstifte in Form von Bolzen.
  • Im Beispiel der vorliegenden FIG 1 weist die jeweilige Vertiefung V eine umlaufende Blende BL auf. Dadurch koppelt ein von der Leuchtdiode 31 emittiertes, scharf begrenztes Lichtbündel durch die zweite Lichtein-/austrittsfläche F2 hindurch in den Lichtleitkörper 11 ein. Zugleich ist eine scharfe Begrenzung des optischen Empfangsbereichs für die Photodiode 32 in der Vertiefung V des Lichtleitkörpers 12 möglich. In Summe resultiert vorteilhaft eine optisch präzisere Abbildung des Streulichtvolumens SZ und somit eine verbesserte optische Rauchdetektion möglich.
  • In der gezeigten FIG 1 verläuft der Richtungsstrahl des von der Leuchtdiode 31 emittierten Lichtbündels LB entlang der optischen Achse OA des Lichtleitkörpers 11 und unter einem Höhenwinkel β (Elevation) von ca. 25° im Bezug auf die Montageseite MS des Lichtleitmoduls 10. Diese senderseitige optische Achse OA verläuft zudem orthogonal zur (ebenen) Leuchtfläche der Leuchtdiode 31 und geht vorzugsweise durch das geometrische Zentrum der Leuchtfläche hindurch. Die empfängerseitige optische Achse OA des als optische Linse LI ausgebildeten Lichtleitkörpers 12 verläuft orthogonal zur (ebenen) photosensitiven Schicht der Photodiode 32 und geht vorzugsweise durch das geometrische Zentrum der photosensitiven Schicht hindurch. Beide optische Achsen OA schneiden sich idealerweise, jedoch nicht notwendigerweise, im geometrischen Zentrum des Streulichtvolumens SZ. Für den vorliegenden Fall, dass beide optische Achsen OA eine Ebene aufspannen, die orthogonal zur Montageseite MS des Lichtleitmoduls 10 verläuft, liegt der Höhenwinkel β in einem Bereich von 0° bis 45°, vorzugsweise im Bereich von 10° bis 30°. Mit dem Bezugseichen α ist der Streuwinkel der gezeigten Streulichtanordnung für die optische Rauchdetektion bezeichnet. Dieser liegt im vorliegenden Beispiel bei 90°. Generell liegt dieser Streuwinkel α im Bereich von 30° bis 120°. FIG 2 zeigt eine Draufsicht auf das Lichtleitmodul 10 bzw. auf den Rauchdetektionsblock 20 gemäss FIG 1. In dieser Darstellung wird besonders deutlich, wie die beiden optischen Achsen OA der beiden Lichtleitkörper 11, 12 durch das gemeinsame Streulichtvolumen SZ verlaufen. In der gezeigten Projektion fluchten die optischen Achsen OA sogar, so dass diese eine Ebene orthogonal zur gezeigten Bildebene aufspannen.
  • FIG 3 zeigt eine erste Ausführungsform des Lichtleitmoduls 10 bzw. des Rauchdetektionsblocks 20 mit einem im Vergleich zu FIG 1 kleineren Höhenwinkel β und mit einem grösseren Streulichtwinkel α. Der Höhenwinkel β weist hier einen beispielhaften Winkelwert von ca. 10° und einen beispielhaften Winkelwert für den Streulichtwinkel α von ca. 100° auf.
  • FIG 4 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein beispielhaftes Lichtleitmodul 10 bzw. durch einen beispielhaften Rauchdetektionsblock 20 gemäss einer zweiten Ausführungsform mit einer Vorwärts- und Rückwärtsstreulichtanordnung. Im vorliegenden Beispiel wird die Vorwärtsstreulichtanordnung durch den links dargestellten Lichtleitkörper 11 mit angrenzender Leuchtdiode 31 und dem rechts dargestellten Lichtleitköper 13 mit angrenzender Photodiode 32 gebildet. Ein zwischen den zugehörigen optischen Achsen OA bemessener Vorwärtsstreuwinkel αF weist einen beispielhaften Winkelwert von ca. 45° auf. Mit FW ist in Vorwärtsrichtung an Rauchteilchen im Streulichtvolumen SZ gestreutes Licht bezeichnet.
  • Im Beispiel dieser Figur ist die rechte Photodiode 13 auf einer der Oberseite OS des Schaltungsträgers 6 gegenüberliegenden Seite des Schaltungsträgers 6 angeordnet. Die Photodiode 32 "schaut" in diesem Fall durch eine als Blende BL wirkende Durchgangsöffnung DO im Schaltungsträger 6 hindurch auf die zweite Lichtein-/austrittfläche F2 des rechten Lichtleitkörpers 13. In diesem Fall formt der zugehörige Lichtleitkörper 13 keine Vertiefung V aus. Er weist lediglich die in der Montageseite MS verlaufende zweite Lichtein-/austrittfläche F2 auf. Mit anderen Worten verläuft die zweite Lichtein-/austrittfläche F2 in der ebenen Fläche der Montagefläche MS.
  • In gleicher Weise und nicht dargestellt kann eine Leuchtdiode 31 auch auf einer der Oberseite OS des Schaltungsträgers 6 gegenüberliegenden Seite des Schaltungsträgers 6 angeordnet sein. Die Leuchtdiode 31 strahlt durch eine als Blende BL wirkende Durchgangsöffnung DO im Schaltungsträger 6 hindurch auf eine gegenüberliegende zweite Lichtein-/austrittfläche F2. Es bedarf hier keine Vertiefung V im Lichtleitkörper 11.
  • Die Rückwärtsstreulichtanordnung wird durch den links dargestellten Lichtleitkörper 11 mit angrenzender Leuchtdiode 31 und dem mittig dargestellten Lichtleitköper 12 mit angrenzender Photodiode 32 gebildet. Der mittige Lichtleitkörper 12 ist dabei als kreisförmige optische Linse LI ausgebildet mit einer umlaufenden Ringnut N. Letztere dient, wie in der nachfolgenden FIG 10 gezeigt, als Lichtbarriere und zur Fixierung einer Kunststoffabdeckung AB mit lichtabsorbierenden Strukturen. Ein zwischen den zugehörigen optischen Achsen OA bemessener Rückwärtsstreuwinkel αR weist einen beispielhaften Winkelwert von ca. 115° auf. Mit BW ist in Rückwärtsrichtung an Rauchteilchen im Streulichtvolumen SZ gestreutes Licht bezeichnet. Durch kombinierte messtechnische Auswertung der von den beiden Photodioden 32 ausgegebenen Photodiodensignale ist dann eine Ermittlung der Partikelgrösse der im Streulichtvolumen SZ detektierten Rauchpartikel möglich. Das beispielhafte Lichtleitmodul 10 bzw. der beispielhafte Rauchdetektionsblock 20 weist hier drei Lichtleitkörper 11-13 sowie zwei diese fest miteinander verbindende Zwischenkörper 2 auf. Sie bilden zusammen eine einstückige optische Baueinheit.
  • FIG 5 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein beispielhaftes Lichtleitmodul 10 bzw. durch einen beispielhaften Rauchdetektionsblock 20 gemäss einer dritten Ausführungsform entlang der in FIG 6 eingezeichneten Schnittlinie V-V mit einer gewinkelten Anordnung zweier Lichtleitkörper 11, 12 mit einem Achsenwinkel δ. Bei dieser seitlich projizierten Darstellung fluchten die beiden optischen Achsen OA der beiden Lichtleitkörper 11, 12. Beide optischen Achsen OA weisen einen Winkelwert von 0° für den Höhenwinkel β auf. Da in diesem Beispiel das so geometrisch gebildete Streulichtvolumen SZ auf Höhe der beiden ersten Lichtein-/austrittflächen F1 liegt, resultiert eine besonders geringe Bauhöhe des erfindungsgemässen Lichtleitmoduls 10 bzw. der erfindungsgemässen Rauchdetektionsblocks 20.
  • FIG 6 zeigt eine Draufsicht auf das Lichtleitmodul 10 bzw. auf den Rauchdetektionsblock 20 gemäss FIG 5. In dieser Darstellung ist die gewinkelte Anordnung besonders gut zu sehen. Die beiden Lichtleitkörper 11, 12 sind dabei im Bezug auf ihre optischen Achsen OA unter einem Achsenwinkel δ mit einem beispielhaften Winkelwert von 60° angeordnet. Die beiden optischen Achsen OA spannen dabei eine Ebene auf, die parallel zur Montageseite MS des Lichtleitmoduls 10 bzw. des Rauchdetektionsblocks 20 verläuft. Der Achsenwinkel δ korrespondiert hinsichtlich der optischen Streulichtrauchdetektion mit dem Streulichtwinkel α bei den vorherigen Figuren. Auch in diesem Fall bilden die beiden Lichtleitkörper 11, 12 mit dem gewinkelt ausgeformten Zwischenkörper 2 eine einstückige optische Baueinheit.
  • Ergänzend wird angemerkt, dass für den nichtgewinkelten Fall, bei dem der Achsenwinkel δ einen Winkelwert 0° aufweist, anstelle einer Streulichtanordnung eine Durchlichtanordnung bzw. eine Extinktionsanordnung resultiert. In diesem Fall zeigt sich das Vorhandensein von zu detektierenden Rauchpartikeln im Bereich zwischen den sich dann direkt gegenüberliegenden Lichtleitkörpern 11, 12 in einer Abnahme des von der Photodiode 32 erfassten Durchlichts.
  • FIG 7 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein beispielhaftes Lichtleitmodul 10 bzw. durch einen beispielhaften Rauchdetektionsblock 20 gemäss einer vierten Ausführungsform mit einer Vorwärts- und Rückwärtsstreulichtanordnung sowie mit einer "Sidelooker"-Leuchtdiode" 31 und mit einer "Sidelooker"-Photodiode 32. In diesem Fall verläuft die Hauptabstrahlrichtung der Leuchtdiode 31 wie auch die Hauptempfangsrichtung der im rechten Teil der FIG 7 gezeigten Photodiode 32 parallel zur Montageseite MS. Die Vertiefungen V in den beiden aussenliegenden Lichtleitkörpern 11, 13 formen vorzugsweise eine plane zweite Lichtein-/austrittfläche F2 auf, die orthogonal zur Montageseite MS ausgerichtet ist. Beide zweiten Lichtein-/austrittflächen F2 verlaufen zudem parallel zu einander. Die zweite Lichtein-/austrittfläche F2 des linken Lichtleitkörpers 11 liegt einer seitlichen (ebenen) Leuchtfläche der Leuchtdiode 31 gegenüber. Die zweite Lichtein-/austrittfläche F2 des rechten Lichtleitkörpers 13 liegt einer seitlichen (ebenen) photosensitiven Schicht der Photodiode 32 gegenüber. In die jeweiligen Vertiefungen V ist wiederum eine transparente Vergussmasse 5, wie in den vorherigen Figuren beschrieben, eingebracht.
  • Im Beispiel der vorliegenden FIG 7 wird die Vorwärtsstreulichtanordnung durch den links dargestellten Lichtleitkörper 11 mit angrenzender Leuchtdiode 31 und dem rechts dargestellten Lichtleitköper 13 mit angrenzender Photodiode 32 gebildet. Die Rückwärtsstreulichtanordnung wird durch den links dargestellten Lichtleitkörper 11 mit angrenzender Leuchtdiode 31 und dem mittig dargestellten Lichtleitköper 12 mit angrenzender Photodiode 32 gebildet. Der mittige Lichtleitkörper 12 ist dabei als kreisförmige optische Linse LI ausgebildet. Die optische Linse LI ist zudem von zwei angrenzenden Barrieren B umgeben, so dass ein Übersprechen von emittiertem Licht von der Leuchtdiode 31 unterbunden wird. Weiterhin ist im Schaltungsträger 6 jeweils eine Ausnehmung AN vorhanden, in welche ein Teil des linken und rechten Lichtleitkörpers 11, 13 eingreift. Dadurch ist eine besonders gute Einkopplung von emittiertem Licht der Leuchtdiode 31 in den linken Lichtleitkörper 11 und eine besonders gute Auskopplung von Streulicht in die rechte Photodiode 32 möglich. Auch in diesem Fall bilden alle drei Lichtleitkörper 11-13 zusammen mit den zwei diese fest miteinander verbindenden Zwischenkörpern 2 eine einstückige optische Baueinheit.
  • FIG 8 zeigt eine Draufsicht auf das Lichtleitmodul 10 bzw. auf den Rauchdetektionsblock 20 gemäss FIG 7. In dieser Darstellung wird besonders deutlich, wie die beiden optischen Achsen OA der beiden Lichtleitkörper 11, 13 durch das gemeinsame Streulichtvolumen SZ verlaufen. In der gezeigten Projektion fluchten die optischen Achsen OA sogar, sodass diese eine Ebene orthogonal zur gezeigten Bildebene aufspannen.
  • FIG 9 zeigt eine Schnittdarstellung im Bereich einer Vertiefung V eines beispielhaften Rauchdetektionsblocks 20 mit einem UV-härtenden Klebstoff 5 zur mechanischen Fixierung eines optoelektronischen Bauelements 3, 31, 32 nach einer Kalibrierung gemäss der Erfindung.
  • Im linken Teil der FIG 9 ist ein Ausschnitt eines Lichtleitkörpers 11 zu sehen, in dessen Vertiefung V eine Leuchtdiode 31 in einer transparenten Vergussmasse 5 eingebettet ist. Die gezeigte Leuchtdiode 31 ist als SMD-Bauteil ausgeführt und weist einen im Gehäuse 7 ausgebildeten Reflektor 8 für einen darin angeordneten LED-Chip 9 auf. Mit A sind die Anschlusskontakte bzw. SMD-Pads der SMD-Photodiode 31 bezeichnet, die elektrischen mit LED-Chip 9 verbunden sind.
  • Mit CAL sind die mehrdimensional möglichen linearen und rotatorischen Justagebewegungsrichtungen der SMD-Leuchtdiode 31 während eines Kalibrierungsprozesses eines Rauchdetektionsblocks 20 bezeichnet. Ist die SMD-Leuchtdiode 31 nun optimal in der Vertiefung V ausgerichtet und platziert, so verbleibt die SMD-Leuchtdiode 31 nach einer Aushärtezeit der Vergussmasse 5 in dieser Position. Ist die Vergussmasse 5 ein UV-lichthärtender Kleber, so kann der Kleber 5 mit UV-Licht bestrahlt werden. Nach wenigen Sekunden bleibt dann die SMD-Leuchtdiode 31 unveränderlich in der kalibrierten Position.
  • Im rechten Teil der FIG 9 ist ein Ausschnitt eines Lichtleitkörpers 12 zu sehen, in dessen Vertiefung V eine Photodiode 32 in einer transparenten Vergussmasse 5 eingebettet ist. Die gezeigte Photodiode 32 ist als SMD-Bauteil ausgeführt und weist eine am SMD-Gehäuse 7 ausgebildete ebene photosensitive Schicht PS auf. Mit A sind Anschlusskontakte bzw. SMD-Pads der SMD-Photodiode 32 bezeichnet, die elektrischen mit der photosensitiven Schicht PS verbunden sind.
  • Mit CAL sind wiederum die mehrdimensional möglichen Justagebewegungsrichtungen der SMD-Photodiode 32 während eines Kalibrierungsprozesses eines Rauchdetektionsblocks 20 bezeichnet. Ist die SMD-Photodiode 32 nun optimal in der Vertiefung V ausgerichtet und platziert, so verbleibt die SMD-Photodiode 32 nach einer Aushärtezeit der Vergussmasse 5 in dieser Position. Ist die Vergussmasse 5 ein UV-lichthärtender Kleber, so kann der Kleber 5 mit UV-Licht bestrahlt werden. Nach wenigen Sekunden bleibt dann die SMD-Photodiode 32 unveränderlich in der kalibrierten Position.
  • FIG 10 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemässes Rauchdetektionsmodul 30 mit einem Modulschaltungsträger 6' und mit einer Kunststoffabdeckung AB. Das gesamte Rauchdetektionsmodul 30 kann samt Kunststoffabdeckung AB auf einem Schaltungsträger 6 eines Streulichtrauchmelders appliziert und dann mit diesem verlötet werden. Der Schaltungsträger grenzt dabei an einer optischen Messkammer des Streulichtrauchmelders an. Das Rauchdetektionsmodul 30 mit Kunststoffabdeckung AB bildet somit einen Teil eines Messkammerbodens der optischen Messkammer.
  • Das Rauchdetektionsmodul 30 umfasst gemäss einer ersten Alternative ein optisches Lichtleitmodul 10 sowie den Modulschaltungsträger 6' mit den bereits darauf applizierten optoelektronischen Bauelementen 3. Das Lichtleitmodul 10 ist vorzugsweise fest mit dem Modulschaltungsträger 6' zu einer Baueinheit verbunden.
  • Gemäss einer zweiten Alternative umfasst das Rauchdetektionsmodul 30 einen Rauchdetektionsblock 20 mit bereits darin aufgenommenen optoelektronischen Bauelementen 3 sowie den Modulschaltungsträger 6'. Der Rauchdetektionsblock 20 ist fest mit dem Modulschaltungsträger 6' zu einer Baueinheit verbunden. Hierbei werden die Anschlusskontakte der optoelektronischen Bauelemente mit Lötpads auf der Oberseite OS des Modulschaltungsträgers 6' verlötet, wie z.B. mittels eines Reflow-Lötprozesses.
  • Bei beiden Alternativen sind die optoelektronischen Bauelemente 3 vorzugsweise über nicht weiter gezeigte Leiterbahnen mit Kontaktierungsflächen P an einer der Oberseite OS des Modulschaltungsträgers 6' gegenüberliegenden Unterseite oder mit Kontaktierungsflächen P an der Stirnseite des Modulschaltungsträgers 6' elektrisch verbunden. Bei allen gezeigten optoelektronischen Bauelementen 3 handelt es sich vorzugsweise um SMD-Bauelemente für eine Oberflächenmontage.
  • Im Beispiel der FIG 10 ist zudem das Rauchdetektionsmodul 30 mit einer insbesondere schwarzen Kunststoffabdeckung AB mit lichtabsorbierenden und/oder lichtreflektierenden Strukturen als Lichtabsorber versehen. Vorzugsweise ist die Kunststoffabdeckung AB derart ausgeformt, dass das gesamte Rauchdetektionsmodul 30 in die haubenförmig ausgebildete Kunststoffabdeckung AB eingeschoben werden kann. Dabei bleiben die ersten Lichtein-/austrittsflächen F1 ausgespart. Das Rauchdetektionsmodul 30 ist somit bis auf diese ausgesparten Flächen F1 und eine Aufnahmeöffnung AO der Kunststoffabdeckung AB vollständig abgedeckt.
  • FIG 11 zeigt eine Schnittdarstellung durch die Kunststoffabdeckung AB gemäss FIG 10 als einstückiges Bauteil. Das gezeigte Bauteil ist vorzugsweise mittels eines Kunststoff-Spritzgussverfahrens hergestellt. Wie die FIG 11 weiter zeigt, bildet die Kunststoffabdeckung AB im umlaufenden Bereich der ausgesparten Lichtein-/austrittsflächen F1 jeweils eine Blende BL zur Verbesserung der optischen Rauchdetektion aus. Darüber hinaus formt die Kunststoffabdeckung AB einen umlaufenden Steg als Barriere B aus, welche in die in FIG 10 gezeigte Ringnut N eingreift. Schliesslich ist im rechten Teil der FIG 11 ein weiterer Steg als weitere Barriere B gezeigt, welcher in eine am Verbindungskörper 2 des Lichtleitmoduls 10 ausgeformte Kerbe K eingreift.
  • FIG 12 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Rauchdetektionsmoduls 30 mit einer "Sidelooker"-LED 31 und mit einer Kunststoffabdeckung AB analog zum Beispiel der FIG 10 und 11.
    • Bezugszeichenliste
    • 1, 11-13
    Lichtleitkörper,
    2
    Zwischenkörper, Verbindungskörper
    3
    optoelektronisches Bauteil, SMD-Bauteil
    31
    Leuchtdiode, SMD-LED, Sideemitter-LED
    32
    Photosensor, Photodiode, Sidelooker-Photodiode
    4
    Passelement, Steg, Stift, Fixierelement
    5
    transparente Vergussmasse, Kleber
    6
    Leiterplatte
    6`
    Modulleiterplatte
    7
    Gehäuse, Bauelementgehäuse
    8
    Reflektor
    9
    LED-Chip
    10
    optisches Lichtleitmodul
    20
    Rauchdetektisblock
    30
    Rauchdetektionsmodul mit Leiterplatte
    A
    Anschlusskontakt
    AO
    Aufnahmeöffnung
    AB
    (Kunststoff-)abdeckung, Lichtabsorber
    AN
    Ausnehmung
    B
    Lichtbarriere, lichtabsorbierende Einspritzung
    BL
    Blende
    BW
    in Rückwärtsrichtung gestreutes Licht
    C
    Coating, Überzug, Auftragung
    CAL
    mögliche Verschiebungsrichtungen für Kalibrierung
    DO
    Durchgangsöffnung, Bohrung
    F1, F2
    Lichtein-/austrittsfläche, Fenster
    FV
    formschlüssige Verbindung
    FW
    in Vorwärtsrichtung gestreutes Licht
    K
    Kerbe, Lichtbarriere
    LB
    emittiertes Lichtbündel
    LI
    optisches Element, Linse
    MS
    Montageseite des Lichtleitmoduls, Montageseite des Rauchdetektionsblocks
    N
    Nut, Ringnut
    OA
    optische Achse
    OS
    Oberseite der Leiterplatte
    P
    Kontaktierungsfläche, Lötpad
    PO
    Fixieröffnung, Passöffnung, Bohrung, Stanzung
    PS
    photosensitive Schicht
    RF
    Reflektorschicht, totalreflektierende Schicht
    SL
    Streulicht
    SZ
    Streulichtvolumen, Messvolumen
    V
    Vertiefung, Aussparung
    α
    Streulichtwinkel
    αF
    Vorwärtsstreuwinkel
    αR
    Rückwärtsstreuwinkel
    β
    Elevation, Höhenwinkel
    δ
    Achsenwinkel

Claims (15)

  1. Optisches Lichtleitmodul (10) zur Montage auf einem Schaltungsträger (6) eines Streulichtrauchmelders, auf welcher zumindest zwei optoelektronische Bauelemente (31, 32) für die Streulichtrauchdetektion vorgesehen sind, wobei das Lichtleitmodul (10) zumindest einen ersten und zweiten Lichtleitkörper (11, 12) sowie zumindest einen diese fest miteinander verbindenden Zwischenkörper (2) aufweist, wobei die Lichtleitkörper (11, 12) jeweils eine erste und zweite Lichtein-/austrittsfläche (F1, F2) aufweisen, wobei die jeweilige erste Lichtein-/austrittsfläche (F1) auf ein für die optische Streulichtrauchdetektion vorgesehenes gemeinsames Streulichtvolumen (SZ) ausgerichtet ist und wobei die jeweilige zweite Lichtein-/austrittsfläche (F2) einem der für die optische Streulichtrauchdetektion vorgesehenen optoelektronischen Bauelemente (31, 32) gegenüberliegt, und wobei die Lichtleitkörper (11, 12) derartige strahlenoptische Eigenschaften aufweisen, dass das gemeinsame Streulichtvolumen (SZ) auf das jeweilige optoelektronische Bauelement (31, 32) abbildbar ist.
  2. Optisches Lichtleitmodul (10) nach Anspruch 1, wobei die zwei Lichtleitkörper (11 - 13) sowie der zumindest eine Zwischenkörper (2) aus einem transparenten Werkstoff wie Glas oder aus einem Kunststoff hergestellt sind, insbesondere aus einem Quarz-, Silikat- oder Flintglas oder aus einem Duroplasten oder Thermoplasten.
  3. Optisches Lichtleitmodul (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zwei Lichtleitkörper (11, 12) sowie der zumindest eine Zwischenkörper (2) mittels eines Formgebungsverfahrens hergestellt sind, insbesondere mittels eines Gussverfahrens oder eines Spritzgussverfahrens.
  4. Optisches Lichtleitmodul (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der transparente Glas- oder Kunststoff-Werkstoff lötstabil, sodass dieser nach einer Oberflächenmontage des Lichtleitmoduls (10) zusammen mit weiteren elektrischen, elektronischen und optoelektronischen Bauelementen (31, 32) auf dem Schaltungsträger (6) einen nachfolgenden Lötprozess, insbesondere einen Reflow-Lötprozess, unbeschadet übersteht.
  5. Optisches Lichtleitmodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in zumindest einem der Zwischenkörper (2) eines optischen Lichtleitmoduls (10) zumindest eine lichtabsorbierende Barriere (B) eingebracht ist und/oder zumindest eine Kerbe (K) ausgeformt ist.
  6. Optisches Lichtleitmodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zumindest zwei Lichtleitkörper (11, 12) unter Aussparung der jeweiligen ersten und zweiten Lichtein-/austrittsfläche (F1, F2) zumindest teilweise mit einem Überzug (C) versehen sind, wobei der Überzug (C) ein lichtabsorbierender und/oder ein lichtreflektierender Überzug (C)ist.
  7. Optisches Lichtleitmodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, wobei die zumindest zwei Lichtleitkörper (11 - 13) sowie der zumindest eine diese fest miteinander verbindende Zwischenkörper (2) zusammen ein einstückiges optisches Bauteil bilden.
  8. Optisches Lichtleitmodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, wobei die zumindest zwei Lichtleitkörper (11 - 13) sowie der zumindest eine Zwischenkörper (2) über zumindest eine formschlüssige Verbindung (FV) zu dem fest miteinander verbundenen Lichtleitmodul (10) fügbar sind.
  9. Optisches Lichtleitmodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das optische Lichtleitmodul (10) eine Montageseite (MS) aufweist, welche nach der Montage des optischen Lichtleitmoduls (10) auf dem Schaltungsträger (6) diesem gegenüberliegt, und wobei an der Montageseite (MS) zumindest zwei wegstehende Passelemente (4), insbesondere Stifte, Bolzen oder Stege, ausgeformt sind, die konstruktiv auf entsprechende Öffnungen (PO) im Schaltungsträger (6) zum Einpassen der Passelemente (4) in diese Öffnungen (PO) abgestimmt sind.
  10. Optisches Lichtleitmodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das optische Lichtleitmodul (10) eine Montageseite (MS) aufweist, welche nach der Montage des optischen Lichtleitmoduls (10) auf dem Schaltungsträger (6) diesem gegenüberliegt, wobei der jeweilige Lichtleitkörper (11 - 13) eine Vertiefung (V) an der Montageseite (MS) mit der jeweiligen zweiten Lichtein-/austrittsfläche (F2) aufweist, sodass der jeweilige Lichtleitkörper (11-13) mit seiner Vertiefung (V) das jeweilige optoelektronische Bauelement (31, 32) auf dem Schaltungsträger (6) umfasst.
  11. Rauchdetektionsblock (20) mit einem optischen Lichtleitmodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das optische Lichtleitmodul (10) eine Montageseite (MS) für eine Oberflächenmontage des optischen Lichtleitmoduls (10) auf einem Schaltungsträger (6) aufweist, wobei der jeweilige Lichtleitkörper (11 - 13) eine Vertiefung (V) an der Montageseite (MS) zur Aufnahme eines jeweiligen, für eine Oberflächenmontage ausgebildeten optoelektronischen Bauelements (31, 32) aufweist, wobei die jeweilige Vertiefung (V) mit einer transparenten Vergussmasse (5) zwischen der jeweiligen Vertiefung (V) und dem jeweiligen aufgenommenen optoelektronischen Bauelement (31, 32) versehen ist und wobei die jeweiligen optoelektronischen Bauelemente (31, 32) derart aufgenommen sind, dass ihre elektrischen Anschlusskontakte (A) im Wesentlichen bündig zur Montageseite (MS) ausgerichtet sind.
  12. Vorrichtung (10, 20) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die jeweilige Vertiefung (V) mit einem transparenten Klebstoff (5) als Vergussmasse versehen ist.
  13. Vorrichtung (10, 20) nach Anspruch 12, wobei der transparente Klebstoff (5) ein lichthärtender, insbesondere ein UV-lichthärtender Klebstoff, ist.
  14. Rauchdetektionsmodul (30) mit einem optischen Lichtleitmodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und mit einem Modulschaltungsträger (6'), wobei das optische Lichtleitmodul (10) eine Montageseite (MS) zur insbesondere unlösbaren Anbringung des optischen Lichtleitmoduls (10) auf dem Modulschaltungsträger (6') des Rauchdetektionsmoduls (30) aufweist, wobei die Lichtleitkörper (11 - 13) jeweils eine Vertiefung (V) an der Montageseite (MS) mit der jeweiligen zweiten Lichtein-/austrittsfläche (F2) aufweisen, wobei auf dem Modulschaltungsträger (6') die jeweiligen optoelektronischen Bauelemente (31, 32) für die Streulichtrauchdetektion derart angeordnet sind, dass diese nach der Anbringung des optischen Lichtleitmoduls (10) auf dem Modulschaltungsträger (6') von der jeweiligen Vertiefung (V) umfasst sind, und wobei die optoelektronischen Bauelemente (31, 32) elektrische Anschlusskontakte (A) aufweisen, welche mit von aussen zugänglichen Kontaktierungsflächen (P) an der Aussenseite des Modulschaltungsträgers (6') elektrisch verbunden sind.
  15. Streulichtrauchmelder, umfassend ein Meldergehäuse mit zumindest einer Raucheintrittsöffnung, eine im Meldergehäuse aufgenommene, für zu detektierenden Rauch durchlässige optische Messkammer sowie einen Schaltungsträger (6),
    - wobei die optische Messkammer ein optisches Lichtleitmodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 12 oder 13 aufweist, wobei das optische Lichtleitmodul (10) auf dem Schaltungsträger (6) des Streulichtrauchmelders mit den jeweiligen, dem optischen Lichtleitmodul (10) gegenüberliegenden optoelektronischen Bauelementen (31, 32) angebracht ist, oder
    - wobei die optische Messkammer einen Rauchdetektionsblock (20) nach einem der Ansprüche 11 bis 13 aufweist, wobei der Rauchdetektionsblock (20) auf dem Schaltungsträger (6) des Streulichtrauchmelders angebracht ist, und wobei die elektrischen Anschlusskontakte (A) der jeweiligen optoelektronischen Bauelemente (31, 32) des Rauchdetektionsblocks (20) mit Kontaktierungsflächen (P) auf dem Schaltungsträger (6) kontaktieren, oder
    - wobei die optische Messkammer ein Rauchdetektionsmodul (30) nach Anspruch 14 aufweist, wobei das Rauchdetektionsmodul (30) auf dem Schaltungsträger (6) des Streulichtrauchmelders angebracht ist, und wobei der Modulschaltungsträger (6') des Rauchdetektionsmoduls (30) über dessen Kontaktierungsflächen (P) elektrisch mit korrespondierenden Kontaktierungsflächen (P) auf dem Schaltungsträger (6) verbunden ist,
    - wobei zumindest eines der optoelektronischen Bauelemente (31, 32) eine Leuchtdiode (31) ist und wobei zumindest ein weiteres optoelektronisches Bauelement (31, 32) ein Photosensor (32) ist, und
    - wobei der Streulichtrauchmelder eine Steuereinheit aufweist, welche dazu eingerichtet ist, die zumindest eine Leuchtdiode (31) gepulst anzusteuern, ein vom jeweiligen Photosensor (32) ausgegebenes Photosignal zu erfassen, einen Brandfall zu detektieren und bei einem detektierten Brandfall eine Warn- oder Alarmmeldung auszugeben.
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