BRANDMELDER UND VORRICHTUNG ZUR ÜBERWACHUNG

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und einen Brandmelder, die ihr eigenes Umfeld bzw. ihre Umgebung auf Gegenstände hin überwachen, welche die Ausbreitung von Rauch oder Gasen negativ beeinflussen können. Zur Erkennung der Gegenstände werden Wellen durch eine Öffnung in einem Gehäuse in einen Erfassungsbereich in der Umgebung gesendet und der Erfassungsbereich wird mittels einer Öffnungsstruktur aufgeweitet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft Brandmelder, welche ihre Umgebung auf das Auftreten von Bränden, insbesondere durch die Detektion von Rauch, und ihr eigenes Umfeld bzw. ihre Umgebung auf Gegenstände hin überwachen, welche die Raucherkennung negativ beeinflussen können. Solche Gegenstände können einen Brandmelder, insbesondere Rauchmelder, derart abschirmen, dass kein Rauch oder Brandgase die Brandsensorik erreichen und infolgedessen auch nicht erkannt werden können. Auch bei anderen Brandmeldern, z. B. Brandgasmelder, welche auf andere Brandkenngrößen wie Brandgase reagieren, können Gegenstände in der Umgebung der Brandmelder die Detektionsfähigkeit durch Abschirmung beeinträchtigen.

[0002] Die Erfindung betrifft auch eine separate Vorrichtung für das Überwachen auf Gegenstände in der Umgebung der Vorrichtung, welche z. B. an bestehenden Brandmeldern nachgerüstet werden kann.

[0003] Brandmelder sind z. B. Rauchmelder zur Erkennung von Rauch und können Rauch auf unterschiedliche Weise erkennen. Bekannte Sensoriken für Rauch beruhen auf Messprinzipien, wie Ionisation, Extinktion und Streuung. Häufig werden auch die Sensoren für Rauch mit weiteren Sensoren wie Gassensoren, Flammensensoren und/oder Temperatursensoren kombiniert. Insbesondere für optische Verfahren, wie Extinktion und Streuung ist es bekannt, Messstrecken bzw. Messpunkte innerhalb eines Meldergehäuses in einer Messkammer anzuordnen und den Rauchzutritt über entsprechende Öffnungen im Gehäuse zu ermöglichen. Ebenso ist es bekannt die Messstrecken bzw. Messpunkte außerhalb des Gehäuses anzuordnen, was den Zutritt von Rauch in die Messstrecken bzw. Messpunkte erleichtert. In beiden Fällen kann es jedoch passieren, dass selbst bei einer sorgfältigen Auswahl des Installationsortes nachträglich, z. B. durch das Aufstellen von Möbeln, das Stapeln von Kisten, das Einziehen von neuen Wänden oder Zwischendecken, Gegenstände in der Umgebung des Rauchmelders auftauchen, welche die Ausbreitung von Rauch stören, oder gar verhindern können, so dass Rauch, Temperatur und/oder. Brandgase nicht oder verzögert an bzw. in den Brandmelder gelangen und solange dies der Fall ist, auch nicht rechtzeitig erkannt werden können.

[0004] Vor diesem Hintergrund hat die EP1191496A1 einen Streulichtrauchmelder vorgeschlagen, bei dem der Streupunkt von Lichtsender und Lichtempfänger außerhalb des Streulichtrauchmelders im Freien liegt. Der Rauchmelder weist zudem einen Ultraschallsensor auf, der das Gebiet um den Streupunkt überwacht. Damit kann festgestellt werden, ob sich ein Fremdkörper in einem Bereich um den Rauchmelder befindet, der möglicherweise eine Verschlechterung der Strömungsverhältnisse für die Branderkennung bedeutet. Der Ultraschallsensor befindet sich an der Stirnseite des Melders und ist auf den Streupunkt unterhalb des Rauchmelders ausgerichtet. Aus der EP1191496A1 geht nicht hervor, innerhalb welchen Bereichs um den Streupunkt noch Gegenstände detektiert werden können. Die EP 2 043 068 A1 schlägt daher einen Fühler vor, der für Gegenstände seitlich des Melders empfindlich ist. Dieser Fühler soll innerhalb eines Winkelbereiches um die Vertikale des Melders empfindlich sein, der Überwachungslücken von maximal 150° zulässt. Dies wird erreicht durch zwei LEDs, die auf einen kegelförmigen Reflektor leuchten. Das ausgestrahlte Licht wird dann zur Seite hin reflektiert. Ein Fotodetektor, der mittig zum Reflektor positioniert ist, empfängt das an Gegenständen über den Kegel zurück reflektierte Licht. Aus der Laufzeit wird die Entfernung zum Objekt ermittelt. Um die Anforderung von Überwachungslücken, die kleiner als 150° sind, zu erfüllen genügt es, wenn der Fühler zwei Erfassungskegel aufweist, die einen Winkelbereich von jeweils etwas mehr als 30° z.B. 31 ° abdecken und jeweils in die um 180° entgegengesetzte Richtung zeigen. Alternativ dazu werden eine Vielzahl einzelner Sensoren vorgeschlagen, die gleichmäßig über den gesamten Umfang des Melders verteilt und zur Seite hin ausgerichtet sind. Eine Erkennung von Gegenständen unterhalb des Melders ist mit diesen Anordnungen nicht möglich.

[0005] Ebenso wie die EP1191496A1 schlägt die DE 102006023048 einen Rauchmelder mit einer Selbstprüfvorrichtung vor. Dieser Rauchmelder verfügt über mindestens zwei gleichmäßig über den Umfang verteilte Raucheindringöffnungen. Jede Öffnung wird durch einen Abstandssensor auf Durchlässigkeit überprüft. Dieser Sensor überprüft, ob die Öffnung frei ist und ob sich Gegenstände im Bereich vor der Öffnung im Umfeld des Rauchmelders befinden. Auch diese Prüfvorrichtung kann nur Gegenstände erkennen, die sich seitlich des Melders befinden, kann aber Gegenstände direkt unterhalb des Melders nicht erkennen.

[0006] Um einen halbkugelförmigen Raum um den Gefahrenmelder herum sicher zu überwachen, schlägt die EP2320399 A1 vor, drei Sende- und Empfangseinrichtungen in regelmäßigen Winkelabständen von 120° am Umfang des Melders anzuordnen, welche Gegenstände seitlich des Melders erkennen können und zusätzlich eine Sende- und Empfangseinrichtung an der Unterseite des Melders anzuordnen, die Gegenstände unterhalb des Melders erkennen können. Aus der Signallaufzeit zwischen Senden und Empfangen eines reflektierten Signals wird die Distanz zu den Gegenständen bestimmt.

[0007] Die DE 10 2020 206 577 A1 verweist auf die DIN SPEC 91388 und die darin beschriebene Prüfanordnung für Überwachungsvorrichtungen zum Erkennen von Gegenständen im Umfeld von Rauchmeldern. Um die, gemäß DIN SPEC 91388 seitlich und/oder unterhalb, in einer Entfernung von 50 cm zu dem Rauchmelder, angeordneten Bretter (100 cm × 100 cm) zu erkennen, schlägt sie eine Überwachungsvorrichtung mit vier gleichmäßig an einer radialen Außenseite des Meldergehäuses angeordneten Time-of-Flight-Sensoren vor. Die Sensoren nutzen zur Entfernungsbestimmung ebenso wie die Sensoren der EP 2 043 068 A1 die Signallaufzeit und haben ähnliche Erfassungswinkel im Bereich von 15° bis 40°. Die Sensoren sind jedoch anders als in der EP 2 043 068 A1 nicht unmittelbar zu Seite hin ausgerichtet, sondern schräg nach unten. Der Neigungswinkel wird in Abhängigkeit des Erfassungswinkels der Sensoren angegeben. Zusätzlich kann ein weiterer Sensor vorgesehen sein, um den Bereich unterhalb des Melders zu erfassen.

[0008] Aus der WO 2008/032982 ist ein Roboter bekannt geworden, der mit einem Ultraschallsensor Gegenstände in seinem Umfeld erkennt, damit er diesen ausweichen kann. Die Schallaustrittsöffnung des Sensors ist an der Vorderseite in Form eines ovalen oder rechteckigen, länglichen Schlitzes ausgebildet, damit der Sensor in der Horizontalen ein breites Sichtfeld und in der Vertikalen ein eingeschränktes Sichtfeld aufweist.

[0009] Die DE 10 2009 056 268 A1 beschreibt einen Gefahrenmelder, mit einer Einrichtung zur Erkennung von Gegenständen im Nahbereich des Gefahrenmelders mit nur einem Ultraschallsensor. Hierzu werden verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen. Zum einen kann der Ultraschallsensor auf einem Stellglied angeordnet sein, mit dem der Sensor in verschiedene Richtungen ausgerichtet werden und so, ähnlich wie bei einem Radar, sukzessive den gesamten Raumbereich, um den Melder abzutasten. Alternativ wird der Ultraschallwandler mit einer variablen Versorgungsspannung betrieben, da sich mit zunehmender Versorgungsspannung ein größerer Elevationswinkel für den empfindlichen Bereich ergibt. Zusätzlich wird der Sensor mit einer Kalotten- oder Diffusionskegelartigen sensoraktiven Oberfläche versehen, welche den Sensor überdeckt und deutlich über das restliche Gehäuse des Gefahrmelders hinausragt. Dadurch, dass Ultraschallwellen an dieser Gehäuseoberfläche jeweils in Richtung der Normalen ausgesendet werden, ergibt sich eine Aussendung der Ultraschallwellen über den gesamten Elevationswinkelbereich von 0° bis 180°.

[0010] In der koreanischen Patentschrift KR 10 2007 0 071 203 A wird ein Ultraschall-Distanzsensor vorgeschlagen, der mit einer Frequenz von 40kHz sendet und dessen Gehäuse eine einzige Schallaustrittsöffnung mit 4mm Durchmesser aufweist. Dadurch soll der Erfassungsbereich des Sensors, gegenüber herkömmlichen Ultraschall-Distanzsensoren mit einem Schutzgitter aus konzentrischen Ringen über dem Schallaustritt, vergrößert werden. Das Schutzgitter der bekannten herkömmlichen Ultraschall-Distanzsensoren weitet den Erfassungsbereich der Sensoren nicht auf.

[0011] Auch die EP 2 348 495 A1 offenbart einen Rauchmelder mit einer Einrichtung zur Erkennung von Gegenständen in der Umgebung des Rauchmelders mit herkömmlichen Ultraschall-Distanzsensoren. Hierfür wird, von drei gleichmäßig über den Umfang verteilten Sensoren, Ultraschall in die Richtung des Raumes unterhalb des Melders gesendet. Damit auch Gegenstände im Raum seitlich des Melders erfasst werden können, wird ein Teil des Ultraschalls jedes Sensors durch je einen Reflektor zur Seite hin reflektiert und der verbleibende Teil weiter in den Raum unterhalb des Melders gesendet. Durch die Reflektoren entsteht ein Raumbereich mit einem Schallschatten, innerhalb dessen keine Detektion erfolgen kann.

[0012] Die aus dem Stand der Technik bekannt gewordenen Brandmelder und Vorrichtungen zur Erkennung von Gegenständen erfassen nicht den gesamten Raumbereich, der für die Ausbreitung von Rauch relevant ist. Diese Brandmelder verwenden Aufbauten, die weit über das restliche Gehäuse hinausragen, nutzen Stellglieder, um den Raum abschnittsweise abzutasten oder sie benötigen für die Umfeldüberwachung zur Erkennung von Gegenständen im gesamten Raumbereich um den Brandmelder herum eine Vielzahl von Sensoren (mindesten vier Sensoren).

[0013] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brandmelder, und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine weitgehend vollständige Überwachung des gesamten, für die Rauchausbreitung relevanten Umfeldes bzw. der Umgebung eines Brandmelders mit möglichst wenigen Sensoren sicherstellt.

[0014] Diese Aufgabe wird durch einen Brandmelder gemäß dem Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9 gelöst.

[0015] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 - 8 und 10 angegeben.

[0016] Bei den betrachteten Brandmeldern handelt es sich vorzugsweise um Rauchmelder, Rauchwarnmelder oder Rauchgasmelder. Derartige Brandmelder weisen häufig eine nach dem Streulichtprinzip arbeitende optische Detektionseinheit zur Detektion von Rauchpartikeln auf. Die optische Detektionseinheit kann in einem Meldergehäuse des Brandmelders aufgenommen sein, wobei im Meldergehäuse Raucheintrittsöffnungen vorhanden sind, über die zu detektierender Rauch in das Innere des Meldergehäuses zur optischen Detektionseinheit gelangen kann. Die Detektionseinheit umfasst vorzugsweise, aber nicht zwingend, ein Labyrinth zur Abschirmung gegen direktes Umgebungslicht. Der Brandmelder kann aber auch ein offener Rauchmelder mit einem außerhalb des Meldergehäuses im Freien liegenden Messvolumen sein. Die Brandmelder können alternativ oder zusätzlich einen Gassensor zur Detektion brandtypischer Gase und weitere Sensoren, wie Temperatur- und/oder Flammensensoren aufweisen. Im Falle von optischen Rauchmeldern umfasst die Sensorik wenigstens einen Lichtsender und wenigstens einen Lichtempfänger. Bei Extinktionsrauchmeldern sind Lichtsender und -Empfänger so zueinander ausgerichtet, dass das Licht des Senders direkt oder ggf. über Reflektoren umgelenkt wird und auf den Empfänger trifft. Bei Streulichtrauchmeldern sind Sender und Empfänger derart in einem Winkel zueinander angeordnet, dass der Empfänger das Licht des Senders nicht direkt empfangen kann, sondern nur dann, wenn es an Partikeln gestreut wird. Es können auch mehrere Streulichtmessstrecken mit unterschiedlichen Winkeln miteinander und/oder mit Extinktionsmessstrecken kombiniert werden, wobei Sender und/oder Empfänger auch gemeinsam genutzt werden können. Es ist auch denkbar, mehrere verschiedene Wellenlängen in einer optischen Detektionseinheit zu verwenden.

[0017] Weiterhin können die betrachteten Brandmelder über eine gemeinsame Melderleitung oder Melderlinie, insbesondere über eine Zweidrahtleitung, signal- und/oder datentechnisch mit einer Brandmeldezentrale verbunden sein, welche die Melder auch mit Energie versorgt. Sie können alternativ oder zusätzlich eine autonome Energieversorgung, wie z.B. eine Batterie evtl. in Kombination mit einer Solarzelle, aufweisen. Weiterhin können derartige Brandmelder alternativ oder zusätzlich ein Funkmodul zur Übertragung einer Alarmmeldung, einer Warnmeldung, von Wartungsinformationen, Betriebsdaten, Zustandsdaten oder Statusinformationen an einen benachbarten Brandmelder, an eine Brandmeldezentrale oder ein Gateway zur Weiterleitung an einen Dienst z. B. über das Internet (Cloud) aufweisen. Diese Informationen können selbstverständlich auch leitungsgebunden übertragen werden. Es ist auch denkbar diese Daten zwischenzuspeichern und ggf. über eine eigene Wartungsschnittstelle, in Soft- und/oder Hardware, abrufbar zu halten oder in regelmäßigen Zeitabständen automatisiert über vorhandene Verbindungen zu senden.

[0018] Ein erfindungsgemäßer Brandmelder weist eine Einrichtung zur Detektion von Gegenständen in der Umgebung des Brandmelders auf. Der Brandmelder hat ein Gehäuse mit einer Befestigungsfläche zur zumindest mittelbaren Anbringung an einer Montagefläche und eine, der Befestigungsfläche gegenüberliegende, raumzugewandte Gehäuseseite. Der Melder kann z. B von einem Sockel aufgenommen werden, der an einer Decke montiert ist. Der Brandmelder kann aber auch in die Decke eingelassen werden, so dass er flächenbündig mit der Decke abschließt oder nur geringfügig über sie hinausragt. In bestimmten Situationen ist es auch denkbar, den Brandmelder an einer Wand, einem Türsturz oder einem Unterzug zu befestigen.

[0019] Die Einrichtung zur Detektion von Gegenständen umfasst mindestens einen Sensor, der elektromagnetische und/oder akustische Wellen, mit einer Wellenlänge λ durch mindestens eine, für die Wellen durchlässige Öffnung im Gehäuse des Brandmelders entlang einer Achse in einen Erfassungsbereich in der Umgebung des Brandmelders sendet und die an Gegenständen im Erfassungsbereich reflektierten Wellen durch dieselbe oder z.B. bei einem separaten Sender und separatem Empfänger durch eine weitere Öffnung empfängt. Erfindungsgemäß weist die Öffnung und/oder die weitere Öffnung eine Öffnungsstruktur mit Strukturmitteln auf. Zu den Strukturmitteln zählen wenigstens eine Strukturöffnung, bevorzugt wenigstens zwei Strukturöffnungen und bei mehr als einer Strukturöffnung auch die Abstände zwischen den Strukturöffnungen. Außerdem können ggf. zusätzlich brechende Grenzflächen z. B. in Form von Linsen als Strukturmittel zum Einsatz kommen. Die Öffnungsstruktur ist dabei solchermaßen gestaltet, dass sie den Erfassungsbereich des Sensors durch Beugungs- und/ oder Brechungseffekte um die Achse herum aufweitet. Vorzugsweise liegt die Öffnungsstruktur innerhalb der raumzugewandten Gehäuseseite und schließt bündig mit dieser raumzugewandten Gehäuseseite ab. Als bündig wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass die Öffnungsstruktur direkt an das Gehäuse anschließt, wobei ein leichter Versatz, z. B. von 1-5 mm, zur Oberfläche der raumzugewandten Gehäuseseite und leichte konkave oder konvexe Wölbungen inkludiert sind.

[0020] Dabei wird der Erfassungsbereich vorzugweise derart aufgeweitet, dass der aufgeweitete Erfassungsbereich eine vollständige Halbkugel umfasst und Gegenstände in der Halbkugel außerhalb, insbesondere unterhalb, des Brandmelders detektierbar sind.

[0021] Wenn der Brandmelder, wie in den meisten Fällen zu erwarten ist, an einer Decke montiert ist, liegt die Halbkugel unterhalb des Brandmelders, bei einer Wandmontage hingegen seitlich.

[0022] In Versuchen hat sich gezeigt, dass bereits allein durch Beugungseffekte eine Aufweitung des Erfassungsbereichs bis zu einem Elevationswinkel von 90 ° und darüber hinaus möglich ist. Brechungseffekte können die Aufweitung aber zusätzlich unterstützen, um z. B. eine gleichmäßige Empfindlichkeit im gesamten Erfassungsbereich zu erreichen. Die Brechungseffekte können zusätzlich oder alternativ zur den Beugungseffekten verwendet werden.

[0023] Für die Aufweitung des Erfassungsbereiches durch Beugungseffekte eignen sich Öffnungsstrukturen und/oder Strukturöffnungen, die ovale, rechteckige, quadratische oder kreisrunde Form aufweisen. Jede Öffnungsform erzeugt dabei ein eigenes Beugungsmuster, welches von der benutzten Wellenlänge λ und deren Verhältnis zu den jeweiligen Öffnungsweiten der Strukturöffnungen und ggf. auch den Abständen zwischen mehreren Strukturöffnungen abhängig ist. Die Öffnungsstrukturen sind derart gestaltet, dass sie den Erfassungsbereich im gesamten Azimut Bereich von 0° bis 360° weitgehend gleichmäßig um die Achse aufweiten. Es ist aber auch denkbar, dass der Erfassungsbereich dabei mehrere Vorzugsrichtungen aufweist, in denen die Aufweitung überwiegend stattfindet. Bei einer schlitzförmigen langen Öffnungsstruktur wird der Erfassungsbereich lediglich in zwei Richtungen aufgeweitet. Bei sich, insbesondere rechtwinkligen, kreuzenden, schlitzförmigen und langen Strukturöffnungen wird der Erfassungsbereich in vier Vorzugsrichtungen aufgeweitet. Bei runden, insbesondere kreisförmigen und/oder kreisringförmigen, Strukturmitteln wird der Erfassungsbereich in alle Richtungen um die Achse herum aufgeweitet. In all diesen Fällen kann die Aufweitung über einen Elevationswinkel von 0° bis wenigstens 90° erfolgen.

[0024] Um eine möglichst gleichförmige Aufweitung des Erfassungsbereiches um dessen Achse herum zu erreichen hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Strukturöffnung wenigstens eine Kreisblende und/oder wenigstens einen umlaufenden Spalt, insbesondere einen Ringspalt bzw. eine Kreisringblende umfasst. Wenn die Öffnungsstruktur sowohl eine Kreisblende als auch eine Ringblende bzw. Ringspalt umfasst, ist es sinnvoll diese konzentrisch zueinander anzuordnen. Es sind jedoch auch Situationen denkbar, in denen eine leichte exzentrische Anordnung sinnvoll sein kann. Z. B. dann, wenn die Öffnung selbst nicht zentrisch auf dem Gehäuse des Brandmelders positioniert ist, um eine zum Brandmelder konzentrische Ausrichtung der Empfindlichkeit des Erfassungsbereiches zu erreichen. In diesem Zusammenhang ist auch eine leichte Abweichung von der Kreisform denkbar. Der umlaufende Ringspalt kann auch von Haltestegen unterbrochen sein, welche aus mechanischen Gründen notwendig sind, damit ein Abstand zwischen einer Kreisblende und einem umlaufenden Ringspalt sowie Abstände zu ggf. vorhandenen weiteren Ringspalten eingehalten und in der Öffnungsstruktur im Gehäuse ausgeformt werden können. Grundsätzlich ist eine zentrische Anordnung des Sensors, der Öffnung und der Öffnungsstruktur zum Gehäuse sinnvoll. Es kann aber Situationen geben, in denen eine zentrische Anordnung nicht möglich ist, z.B. bei einer flachen Bauweise des Gehäuses, wenn bevorzug die Messkammer eines Rauchmelders zentrisch angeordnet wird und dann im Zentrum kein Platz mehr für den Sensor ist. In einem solchen Fall kann der Sensor mit der Öffnung und der Öffnungsstruktur exzentrisch zum Gehäuse angeordnet werden. Auch bei getrenntem Sender und Empfänger wird wenigstens der Sender oder der Empfänger exzentrisch angeordnet. Es ist auch denkbar, dass die Öffnungsstruktur anstelle einer Kreisblende eine Kreisringblende umfasst. In diesem Fall weist die Öffnungsstruktur wenigstens eine, bevorzugt zwei und besonders bevorzugt wenigstens drei Kreisringblenden als Strukturöffnungen auf.

[0025] Das Beugungsmuster einer Kreis- und/oder Ringblende ist selbst kreisrund und zeigt entlang der Achse des Erfassungsbereiches eine Hauptkeule mit einem Intensitätsmaximum auf der Achse. Die Achse entspricht dabei einem Elevationswinkel von 0°. Mit größer werdendem Elevationswinkel nimmt die Intensität bis zu einem ersten Minimum rasch ab. Die Intensitätsverteilung des Beugungsmusters einer Kreis- oder Ringblende lässt sich mit einer Bessel-Funktion erster Ordnung berechnen und gut veranschaulichen. Bei großen Blendenöffnungen z. B. bei einem Radius von 3 λ nimmt die Intensität bei zunehmenden Elevationswinkel rasch ab und zeigt ein erstes Minimum mit der Intensität 0 bei ca. 12°. Darauf folgen bei weiter zunehmendem Elevationswinkel abwechselnd niedrige Maxima und weitere Minima. Wird die Öffnungsweite verkleinert, verschieben sich die Minima zu größeren Elevationswinkeln. Bereits bei einem Radius von 1 λ liegt das erste Beugungsminimum einer Kreisblende bei einem Elevationswinkel von ca. 38°. Nähert sich der Radius der Kreisblende weiter in Richtung λ/2 verschiebt sich das Minimum bis zu einem Elevationswinkel von 90°. Bei einem einzelnen langgezogenen Einzelspalt liegt das Minimum bereits bei einem Beugungswinkel von 90°, wenn die Spaltbreite 1λ beträgt. Wird die Öffnungsweite weiter reduziert, dann bleibt das Minimum bei 90° bestehen, während die relative Intensität im Minimum bezogen auf die Intensität bei 0° steigt. Das heißt, dass die Breite der Hauptkeule zunimmt, wenn die Öffnungsweite kleiner wird.

[0026] Um den Erfassungsbereich des Sensors möglichst bis zu einem Elevationswinkel von 90° oder ggf. auch darüber hinaus aufzuweiten, kann die Öffnungsweite der Strukturöffnungen, insbesondere des Kreisradius, des Durchmessers und/oder der Spaltbreite, klein gegenüber der Wellenlänge λ der gesendeten Wellen ausgestaltet werden. Wenn die Aufweitung des Erfassungsbereiches nur durch Beugungseffekte erfolgt, bleibt wenigstens beim Elevationswinkel von 90° ein Minimum erhalten. Die Empfindlichkeit nimmt, bei nur einem Minimum bei 90°, zwischen den Elevationswinkeln von 0° bis 90° stetig ab. Dennoch können Gegenstände innerhalb eines Elevationsbereichs von wenigstens 0° bis 90° und einem Azimut Bereich von 0° bis 360° erfasst werden. Damit entspricht der Erfassungsbereich einer vollständigen Halbkugel.

[0027] Eine Öffnungsstruktur mit einer einzelnen Strukturöffnung, deren Öffnungsweite sehr klein ist bringt aber auch den Nachteil mit sich, dass mit einer kleiner werdenden Öffnungsweite auch die Intensität der ausgesendeten Wellen insgesamt sinkt und sich damit die Empfindlichkeit des Sensors trotz aufgeweitetem Erfassungsbereich verringert. Daher werden, bei der Nutzung von Beugungseffekten, vorzugsweise wenigstens zwei Strukturöffnungen, z. B. eine Kreisblende und eine oder mehrere Kreisringblenden oder mehrere Kreisringblenden ohne Kreisblende in einer Öffnungsstruktur kombiniert.

[0028] Messungen mit Schallsensoren, haben gezeigt, dass sich z. B. bei der Kombination einer Kreisblende mit einer einzigen konzentrisch dazu angeordneten Ringblende bzw. Ringspalt die Intensität des Maximums beim Elevationswinkel 0° um ca. 18 dB, gegenüber einer einzelnen Kreisblende, steigern lässt. Bei der Kombination der Kreisblende mit zwei konzentrischen Ringblenden bzw. Ringspalten lässt sich eine Steigerung um ca. 20 dB gegenüber einer einzelnen Kreisblende erreichen.

[0029] Allerdings führt die Verwendung mehrerer Strukturöffnungen dazu, dass sich innerhalb der Hauptkeule, dem Beugungsmaximum um die Achse des Erfassungsbereiches, ein oder mehrere Nebenminima etablieren können. Die Lage der Nebenminima lässt sich aber wiederum gezielt beeinflussen, indem die Breite der Abstände gezielt gewählt wird. Wird der Abstand zwischen zwei Strukturöffnungen verringert, so werden auch die Nebenminima bis hin zu einem Elevationswinkel von 90° verschoben. Falls gewünscht kann sogar ein bestimmter Elevationswinkelbereich gezielt ausgeblendet werden, indem die Abstände zwischen zwei Strukturöffnungen so gewählt werden, dass ein Nebenminimum in den Bereich zwischen 0° und 90° Elevation z. B. bei 40° fällt.

[0030] Um auch bei mehreren Strukturöffnungen einen bis zu 90° und ggf. darüber hinaus aufgeweiteten Erfassungsbereich zu erhalten, der keine oder maximal nur schwach ausgeprägte Empfindlichkeitsminima zwischen den Elevationswinkeln von 0° bis 90° aufweist können auch die Abstände zwischen zwei Strukturöffnungen klein gegenüber der Wellenlänge λ ausgeführt werden. Die Abmessungen der Strukturmittel, wie Strukturöffnungen, und ggf. den Abständen dazwischen sind dann klein gegenüber der ausgesendeten Wellenlänge, wenn sie kleiner oder gleich der Wellenlänge sind oder dann, wenn das erste und dann einzige Minimum und/oder Nebenminimum bei einem Beugungswinkel bzw. der Elevation von 90° liegt. Dies beginnt bei Abmessungen der Strukturmittel in der Größe einer Wellenlänge, wobei bei Abmessungen ≤ λ das erste und dann einzige Minimum und/oder Nebenminimum bereits bei einem Beugungswinkel bzw. der Elevation von 90° liegen kann. Die Abmessungen der Strukturmittel sind insbesondere dann klein gegenüber der Wellenlänge, wenn sie ≤ λ/2 und/oder ≤ λ/4 und/oder ≤ λ/8 und/oder ≤ λ/16 sind. Insbesondere bei kreisförmigen Öffnungsstrukturen mit mehreren wenigstens näherungsweise konzentrisch angeordneten Strukturmitteln hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft sein kann, wenn die Öffnungsweite der Strukturöffnungen und/oder die Abstände zwischen den Strukturöffnungen, innerhalb der Öffnung von innen nach außen größer werden. Ähnliche Vorteile sind auch bei leicht elliptischen oder quadratischen Öffnungen, mit in Zeilen und Spalten angeordneten Strukturmitteln zu erwarten.

[0031] In einem Ausführungsbeispiel besteht eine Öffnungsstruktur aus wenigstens einer Kreisblende und zwei konzentrisch dazu angeordneten Ringblenden bzw. Ringspalten, wobei der Radius der Kreisblende ca. λ/12, der Abstand zwischen der Kreisblende und der ersten Ringblende bzw. des Ringspalts ca. λ/16, die Spaltbreite der ersten Ringblende bzw. des Ringspalts ca. λ/8, der Abstand zwischen der ersten Ringblende und der zweiten Ringblende bzw. Ringspalt ca. λ/8 und die Spaltbreite der zweiten Ringblende bzw. des Ringspalts ca. λ/8 betragen.

[0032] Vorteilhaft befinden sich die Öffnungen, durch welche der Sensor die Wellen aussendet und/oder empfängt, in einer Gehäuseseite des Brandmelders, die von der Befestigungsfläche abgewandt und dem zu überwachenden Raum zugewandt ist. Dabei kann ein Sensor ein Bauteil, das sowohl senden als auch empfangen kann, im Folgenden als Transducer bezeichnet, oder eine Kombination von einem Sender und Empfänger umfassen, die eine Öffnung gemeinsam zum Senden und Empfangen der Wellen nutzen. Der Sensor kann aber auch einen separaten Sender und Empfänger mit je einer Öffnung zum Senden bzw. Empfangen oder zwei Transducern umfassen, wobei ein Transducer als Sender und der andere als Empfänger arbeitet. Bei zwei Transducern, kann das Senden und Empfangen auch abwechselnd durch beide Transducer erfolgen, sodass jeder Transducer einmal als Sender und einmal als Empfänger fungiert. Bei einer sphärischen oder z. B. kegelartigen Form des Brandmeldergehäuses befindet sich der Sensor vorteilhaft am Scheitelpunkt des Melders. Bei einer zylindrischen Gehäuseform an der Fläche, die dem Raum zugewandt ist. Um zusätzlich auch den Bereich seitlich des Brandmelders zu überwachen, können z. B. bei zylindrischen Gehäuseformen, wenigsten zwei zusätzliche Sensoren gleichmäßig über den Umfang des Brandmelders, insbesondere in der Mantelfläche, verteilt angebracht und diese mit einer länglichen Öffnungsstruktur versehen werden, damit deren Erfassungsbereich in der Horizontalen aufgeweitet aber nicht in der Vertikalen aufgeweitet wird. Somit kann mit wenigen Sensoren, auch bei zylindrischen Gehäuseformen, der komplette Raum um den Brandmelder herum, sowohl unterhalb als auch seitlich des Melders auf Gegenstände hin überwacht werden.

[0033] Bei Einrichtungen, die zur Erkennung von Gegenständen z. B. optische Wellen aussenden, können die Öffnungsstrukturen ähnlich wie bei Blaze- bzw. Echelettegittern neben den Beugungseffekten auch Lichtbrechung nutzen, um den Erfassungsbereich aufzuweiten. Hierfür sind die Strukturöffnungen aus einem lichtdurchlässigen Material gebildet, das einen anderen Brechungsindex als die Umgebung aufweist. Zusätzlich wird das Material in einem bestimmten Winkel angeschliffen, um die Intensität der Hauptkeule im nullten Beugungsmaximum zu größeren Elevationswinken zu verteilen.

[0034] Als eine Alternative zur Aufweitung des Erfassungsbereiches durch Beugung, kann eine Strukturöffnung auch mit einer Linse oder einem Objektiv versehen werden. Hierfür bieten sich Weitwinkel oder gar Fischaugenlinsen bzw. Objektive an, welche auch in einer flachen Bauweise als Fresnellinsen ausgeführt werden können.

[0035] Die Nutzung der Brechung von Wellen kann den Vorteil mit sich bringen, dass die Öffnungsweite der Strukturöffnungen größer gewählt werden kann, als bei der bloßen Nutzung von Beugungseffekten und somit mehr Intensität zur Detektion von Gegenständen zur Verfügung steht. Außerdem kann mit Öffnungsstrukturen, die Beugungs- und Brechungseffekte nutzen eine gleichmäßige Empfindlichkeit über den gesamten Winkelbereich von 0° -90° Elevation erreicht werden.

[0036] Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Detektion von Gegenständen, insbesondere in der Umgebung eines Brandmelders, welche nachträglich an Brandmeldern ergänzt werden kann. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit einer Befestigungsfläche zur zumindest mittelbaren Anbringung an oder neben einem Brandmelder und eine, der Befestigungsfläche gegenüberliegende raumzugewandte Gehäuseseite auf und umfasst einen Sensor zur Detektion von Gegenständen. Der Sensor sendet elektromagnetische und/oder akustische Wellen einer Wellenlänge λ durch mindestens eine, für die Wellen durchlässige, Öffnung in der raumzugewandten Gehäuseseite in einen Erfassungsbereich in der Umgebung der Vorrichtung, insbesondere in die Umgebung des Brandmelders. Der Sensor empfängt die Wellen, die an Gegenständen im Erfassungsbereich reflektiert werden durch dieselbe oder eine weitere Öffnung. Die Öffnung und/oder die weitere Öffnung weisen eine Öffnungsstruktur mit wenigstens einer Strukturöffnung als Strukturmittel auf, welche den Erfassungsbereich des Sensors durch Beugungseffekte und/oder Brechung in alle Richtungen um die Achse aufweitet. Die Öffnungsstruktur ist dabei solchermaßen gestaltet, dass sie den Erfassungsbereich des Sensors durch Beugungseffekte und/oder Brechung in alle Richtungen um die Achse herum, zu einer vollständigen Halbkugel aufweitet und Gegenstände in der Halbkugel außerhalb, der Vorrichtung detektierbar sind, wobei die Strukturöffnung eine Kreisblende und wenigstens einen umlaufenden Spalt, insbesondere Ringspalt (13), umfasst. Die Öffnung, die weitere Öffnung und die Öffnungsstruktur der Vorrichtung weisen dabei dieselben strukturellen Merkmale auf, wie sie für die Öffnung, die weitere Öffnung und die Öffnungsstruktur am Bespiel des Brandmelders beschrieben wurden.

[0037] Die Anordnung und die Abmessungen der Strukturmittel der Öffnungsstrukturen sowie das Ergebnis der Aufweitung des Erfassungsbereiches lassen sich in Abhängigkeit von der verwendeten Wellenlänge experimentell z. B. durch numerische Simulation ermitteln und durch Messungen an Versuchsaufbauten überprüfen. Geeignete Wellenlängen bzw. Frequenzen liegen für Ultraschall, z. B. bei 40 kHz, und im optischen Bereich, z. B. zwischen infraroter und blauer oder ultravioletter Strahlung.

[0038] Der Brandmelder und die Vorrichtung zur Detektion von Gegenständen umfassen jeweils eine elektronische Steuer- und Auswerteeinheit z. B. einen Mikrocontroller. Die Steuer- und Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet den Sensor zum Aussenden der Wellen anzusteuern, die empfangenen Signale auszuwerten. Die Steuer- und Auswerteeinheit kann ein initiales Abstandsprofil mit der Entfernung zum nächsten Gegenstand erzeugen und speichern. Bei signifikanten Änderungen zum initialen Abstandsprofil oder bei der Erkennung von Gegenständen innerhalb vorgegebener Entfernungen können Warnungen ausgegeben werden.

[0039] Das erzeugte Abstandsprofil und die Warnungen können an einer Datenschnittstelle der Vorrichtung bzw. des Brandmelders ausgegeben werden.

[0040] Die Datenschnittstelle kann eine kabelgebundene Schnittstelle z.B. für den Anschluss an einem Melderbus sein. Sie kann alternativ oder zusätzlich eine drahtlose Datenschnittstelle sein und z.B. auf einem WLAN-, Bluetooth- oder Mobilfunkstandard (GSM, 4G, 5G oder 6G), auf NFC oder auf akustischer Übertragung basieren. Abstandsprofile können dann ebenso wie andere Daten auf einem entfernten Anzeigegerät, wie z.B. auf einem Smartphone, auf einem Tablett oder auf einem PC, durch einen Benutzer begutachtet werden.

[0041] Im Brandmelder kann die Steuer- und Auswerteeinheit zusätzlich weitere Steuerungs- und Auswerteaufgaben übernehmen. Dazu zählen die Erkennung von Bränden, die Alarmierung, das Energiemanagement und die Kommunikation. Alternativ kann für die brandmelderspezifischen Aufgaben eine separate Steuer- und Auswerteeinheit im Brandmelder vorgesehen sein. Die Steuer- und Auswerteeinheit, kann z.B. mit einem Mikrocontroller, einem ASIC oder einem ASIC mit einem Mikrocontroller realisiert werden.

[0042] Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Einige davon sollen hier kurz anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert werden. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1a zeigt einen Rauchmelder mit einem Sensor zur Erkennung von Gegenständen nach dem Stand der Technik.

Fig. 1b zeigt einen Schnitt durch einen Rauchmelder mit einem außerhalb des Melders liegenden Streupunkt und einem Sensor zur Erkennung von Gegenständen nach dem Stand der Technik.

Fig. 1c zeigt einen Schnitt durch einen Rauchmelder mit einem innerhalb des Melders liegenden Streupunkt und einem Sensor zur Erkennung von Gegenständen nach dem Stand der Technik.

Fig. 2a zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. einen Brandmelder mit einer zentrisch angeordneten Öffnung, zum Senden und Empfangen von Wellen.

Fig. 2b zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. einen Brandmelder mit zwei exzentrisch angeordneten Öffnungen, zum Senden und / oder Empfangen von Wellen.

Fig. 3a bis 3e zeigen verschiedene Öffnungsstrukturen mit Strukturmitteln, zum Aufweiten des Erfassungsbereiches in mehrere Richtungen.

Fig. 4a zeigt, einen Schnitt durch einen zylindrischen Rauchmelder mit einem außerhalb des Melders liegenden Streupunkt und einem Sensor zur Erkennung von Gegenständen mit einem erfindungsgemäß aufgeweiteten Erfassungsbereich.

Fig. 4b zeigt, einen Schnitt durch einen sphärischen Rauchmelder mit einem innerhalb des Melders liegenden Streupunkt und einem Sensor zur Erkennung von Gegenständen mit einem erfindungsgemäß aufgeweiteten Erfassungsbereich.

Fig. 5a zeigt perspektivisch einen Rauchmelder mit einer zentrischen Öffnung mit einer Öffnungsstruktur und erfindungsgemäß aufgeweitetem Erfassungsbereich.

Fig. 5b zeigt einen Schnitt durch einen Rauchmelder mit einer zentrischen Öffnung mit einem Sensor zum Erfassen von Gegenständen, einer Öffnungsstruktur und erfindungsgemäß aufgeweiteten Erfassungsbereich.

[0043] Fig. 1a zeigt eine perspektivische Ansicht eines Brandmelders (1) nach dem Stand der Technik. Der Brandmelder (1) weist ein Gehäuse (4) mit Raucheindringöffnungen (9) auf. An einer dem zu überwachenden Raum zugewandten Gehäuseseite des Rauchmelders (1) befindet sich eine Öffnung (11), durch welche von einem Sensor (3) zur Detektion von Gegenständen Wellen entlang einer Achse (6) in einen Erfassungsbereich (5) gesendet werden. Der Erfassungsbereich (5) liegt außerhalb des Melders (1) in dessen Umgebung und ist mit einem Elevationswinkel α von ca. 25° relativ schmal.

[0044] Fig. 1b zeigt ein Schnittbild eines zylindrischen Brandmelders (1) nach dem Stand der Technik, mit einem außerhalb des Melders liegenden Streupunkt (10). Der Brandmelder (1) weist ein Gehäuse (4) auf. An einer dem zu überwachenden Raum zugewandten Gehäuseseite des Rauchmelders (1) befindet sich eine Öffnung (11), durch welche von einem Sensor (3) zur Detektion von Gegenständen Wellen entlang einer Achse (6) in einen Erfassungsbereich (5) gesendet werden. Der Erfassungsbereich (5) liegt außerhalb des Melders (1) in dessen Umgebung und ist mit einem Elevationswinkel α von ca. 30° relativ schmal. Der Streupunkt (10) des Rauchsensors (7) liegt innerhalb des Erfassungsbereiches (5)

[0045] Fig. 1c zeigt ein Schnittbild eines Brandmelders (1) nach dem Stand der Technik, mit einer sphärischen Gehäuseform und mit einem Streulicht-Rauchsensor (7), dessen Streupunkt (10) in einer Messkammer (8) im Gehäuse (4) des Melders (1) liegt. An einer dem zu überwachenden Raum zugewandten Gehäuseseite des Rauchmelders (1) befindet sich eine Öffnung (11), durch welche von einem Sensor (3) zur Detektion von Gegenständen Wellen entlang einer Achse (6) in einen Erfassungsbereich (5) gesendet werden. Der Erfassungsbereich (5) liegt außerhalb des Melders (1) in dessen Umgebung und ist mit einem Elevationswinkel α von ca. 30° relativ schmal.

[0046] Fig. 2a zeigt die Sicht auf das Gehäuse (4) eines Brandmelders (1). Etwa im Zentrum der sichtbaren Oberfläche in der Gehäuseseite ist eine Öffnungsstruktur (12) mit Strukturöffnungen (13) zu erkennen. Die Öffnungsstruktur (12) besteht hier aus einer Kreisblende (13) und einer näherungsweise konzentrisch dazu angeordneten Ringblende (13) in Form eines Kreisrings. Zwischen der Kreisblende (13) und der Kreisringblende (13) befindet sich ein schwarz gezeichneter Abstand (16), der aus Gehäusematerial ausgeformt ist und von drei schmalen Stegen (17) gehalten wird, welche den Kreisring unterbrechen. Wie in Fig. 4 a und 4b dargestellt sendet ein Sensor (3) zur Detektion von Gegenständen in der Umgebung des Melders (1) Wellen in die Umgebung des Rauchmelders (1). Die Wellen, die innerhalb eines Erfassungsbereiches (5) auf Gegenstände treffen werden an diesen reflektiert und gelangen durch die Öffnungsstruktur (12) zurück zum Sensor (3), wo sie detektiert werden können. Aus der Laufzeit zwischen Aussenden und Empfangen der Wellen, kann die Entfernung zu einem Objekt ermittelt werden. Werden, wie z. B. in der DIN SPEC 91388 gefordert, Gegenstände in einer Entfernung zwischen 10 cm und 55 cm zum Melder (1) erkannt, kann eine entsprechende Meldung generiert und über bestehende Kommunikationskanäle gesendet werden oder zumindest zum späteren Abruf gespeichert werden. Durch die Dimensionierung der Strukturmittel der Öffnungsstruktur (12), nämlich der Strukturöffnungen (13) und dem Abstand (16) dazwischen, wird der Erfassungsbereich (5) des Sensors (3) durch Beugungseffekte derart aufgeweitet, dass etwa die gesamte Halbkugel unterhalb des Melders (1), in der Darstellung oberhalb des Melders (1), den Erfassungsbereich (5) bildet.

[0047] Fig. 2b zeigt, ebenso wie Fig. 2a, die Sicht auf das Gehäuse (4) eines Brandmelders (1). Im Unterschied zu Fig. 2a sind hier jedoch zwei Öffnungsstrukturen (12) gezeigt, die anders als in Fig. 2a exzentrisch zur sichtbaren Oberfläche positioniert sind. Durch zwei getrennte Öffnungsstrukturen (12) können auch zwei Bauteile als getrennte Sender und Empfänger verwendet werden. Voneinander getrennte Sender und Empfänger bieten den Vorteil, dass bereits während des Sendens mit dem Sender reflektierte Signale mit dem Empfänger empfangen werden können und kürzere Entfernungen detektierbar sind als mit einem Bauteil, das für beides, senden und empfangen, verwendet wird. Werden zwei Bauteile verwendet, die beide sowohl senden als auch empfangen können, bringt dies zusätzlich eine gewisse Redundanz der Gegenstandsdetektion mit sich, während ein einzelnes Bauteil, das sowohl zum Senden als auch Empfangen genutzt wird geringere Kosten für Bauteile und Produktion verursacht. Bei separaten Sendern und Empfängern bildet sich für jeden Sender ein Sendebereich und für jeden Empfänger ein Empfangsbereich aus, die sich aufgrund der jeweiligen Aufweitung des Sendebereiches und des Empfangsbereiches durch die jeweilige Öffnungsstruktur (12) nahezu vollständig überschneiden und im Überschneidungsbereich den Erfassungsbereich (5) des, aus Sender und Empfänger gebildeten, Sensors (3) bilden.

[0048] Die Figuren 3a bis 3e zeigen unterschiedliche bzw. alternative Öffnungsstrukturen (12) zu den Fig. 2a, 2b 4a, 4b, 5a und 5b zum Aufweiten des Erfassungsbereiches (5) mittels Beugung. Die Fig. 3a und 3b zeigen Öffnungsstrukturen (12) mit Strukturöffnungen (13), die in Zeilen und Spalten angeordnet sind und durch Abstände, die ein Gitter bilden, voneinander getrennt sind. Mit einer solchen Öffnungsstruktur (12), wird die Hauptkeule des Erfassungsbereichs (5) des Sensors (3) überwiegend in vier Hauptrichtungen aufgeweitet. In der Draufsicht ergibt sich mit nur einem Sensor (3) ein kreuzähnlicher Erfassungsbereich (5), wie er im Stand der Technik mit vier gleichmäßig über den Umfang des Melders verteilten und schräg nach unten gerichteten Sensoren und einem zusätzlichen direkt nach unten ausgerichtetem Sensor erhalten werden kann.

[0049] Die Figuren 3c bis 3e zeigen runde Öffnungsstrukturen (12) mit je einer Kreisblende (13) als Strukturöffnung (13) in der Mitte und mehrerer Kreisringblenden (13) als umlaufende Spalte (13), die mit Abständen (16) näherungsweise konzentrisch zur Kreisblende (13) angeordnet sind. Die Abstände (16) sind aus demselben Material wie das Gehäuse (4) ausgeformt und werden von Haltestegen (17) gehalten. Somit ist die Öffnungsstruktur, insbesondere die Abstände und Stege, ein Teil des Gehäuses. Alternativ kann die gesamte Öffnungsstruktur (12) auch als separates Element in eine Öffnung (11) im Gehäuse (4) des Melders (1) eingesetzt werden. Dies gilt auch für die Öffnungsstrukturen (12) der Fig. 3a und 3b. In diesem Fall ist die Öffnungsstruktur in das Gehäuse des Brandmelders bzw. der Vorrichtung eingebettet. In beiden Fällen schließt die Öffnungsstruktur bündig mit der Oberfläche der raumzugewandten Gehäuseseite ab. In Fig. 3c sind die Öffnungsweiten und Abstände in etwa gleichgroß ausgeführt. Der Durchmesser der Kreisblende (13) liegt bei etwa 1 λ, während die Spaltbreiten der umlaufenden Ringspalten (13) und die Ringbreite der Abstände (16) bei λ/2 liegt.

[0050] In den Fig. 3d und 3e sind hingegen Öffnungsstrukturen (12) mit unterschiedlich großen Öffnungsweiten und Abständen (16) gezeigt. In der Fig. 3d betragen beispielsweise der Radius der Kreisblende (13) ca. λ/12, der Abstand (16) zwischen der Kreisblende (13) und der ersten Ringblende (13) ca. λ/16, die Spaltbreite der ersten Ringblende (13) ca. λ/8, der Abstand (16) zwischen der ersten Ringblende (13) und der zweiten Ringblende (13) ca. λ/8 und die Spaltbreite der zweiten Ringblende (13) ca. λ/8 betragen.

[0051] In der Fig. 13e nehmen die Öffnungsweiten der Strukturöffnungen (13) und die Breite der Abstände (16) zwischen den Strukturöffnungen (13) von innen nach außen zu.

[0052] Eine andere nicht dargestellte Öffnungsstruktur weist mehrere Kreisblenden als Strukturöffnungen auf, von denen eine im Zentrum der Öffnungsstruktur angeordnet ist und die übrigen Kreisblenden in einem oder mehreren konzentrischen Kreisen darum herum angeordnet sind.

[0053] Wenn zusätzlich zu den Beugungseffekten auch Brechungseffekte genutzt werden sollen, um den Erfassungsbereich (5) aufzuweiten, werden die Strukturöffnungen (13) aus einem Material ausgebildet, das einen anderen Brechungsindex als die umgebende Luft aufweist. Zusätzlich wird dieses Material mit einem Winkel versehen, sodass die Wellenintensität aus der Hauptkeule weg von der Achse (6) in Richtung größerer Elevationswinkel gebrochen wird. Der Winkel selbst ist abhängig vom Brechungsindex des Materials, der Wellenlänge und der gewünschten Richtung, in welche die Wellen gebrochen werden sollen, zu wählen.

[0054] Fig. 4a zeigt einen Streulichtrauchmelder (1) mit einer Einrichtung zur Detektion von Gegenständen (2). In dem zylindrischen Gehäuse (4) des Melders (1), das in der Decke (14) eingebaut ist und bündig mit ihr abschließt befindet sich ein Streulichtrauchsensor (7) dessen Streupunkt (10) außerhalb des Gehäuses (4) im Freien liegt. Ebenso befindet sich ein Sensor (3) zur Detektion von Gegenständen im Gehäuse (4), der Wellen durch eine Öffnung (11) mit einer Öffnungsstruktur (12) im Gehäuse (4) sendet und an Gegenständen reflektierte Wellen empfängt. Die Wellen, werden entlang einer Achse (6) in einen Erfassungsbereich (5) gesendet und durch die Strukturierung und Dimensionierung der Öffnungsstruktur (12) durch die Öffnungsstruktur (12) in alle Richtungen weg von der Achse (6) gebeugt und /oder gebrochen. Dadurch ergibt sich unterhalb des Melders (1) und unterhalb der Decke (14) ein halbkugelförmiger Erfassungsbereich (5). Gegenstände, die sich entsprechend den Anforderungen aus der DIN SPEC 91388 innerhalb einer Entfernung von 10 cm - 55 cm um den Melder (1) herum oder unterhalb davon befinden, können somit mit einem einzigen Sensor (3) zuverlässig erkannt werden.

[0055] Der in Fig. 4b gezeigte Brandmelder (1) ist im Unterschied zu Fig. 4a auf der Decke (14) montiert und hat ein sphärenartiges Gehäuse (4), mit einer Messkammer (8), in welcher sich der Streupunkt (10) des Streulichtrauchsensors (7) befindet. Der Sensor (3) zur Detektion von Gegenständen, befindet sich hier am Scheitelpunkt, dem höchsten bzw. tiefsten Punkt, des Gehäuses (4). Da das Gehäuse (4) sphärisch gestaltet ist, können die gesendeten und empfangenen Wellen, im gesamten Azimutbereich von 0° bis 360° über einen Elevationswinkel von 90° hinaus, gebeugt und/oder gebrochen werden, sodass auch Bereiche seitlich des Melders mit nur einem einzigen Sensor (3) auf Gegenstände hin überwacht werden können. Bei Brandmeldern (1) mit einem kegelförmigen Gehäuse (4) (nicht gezeigt) tritt dieser Effekt noch stärker auf. Bei zylindrischen Brandmelder-Gehäusen (4), die wie in Fig. 5b auf der Decke (14) montiert sind, können, am Umfang des Melders (1) wenigstens zwei zusätzliche Sensoren (nicht gezeigt) angebracht werden, wenn auch der Bereich seitlich des Melders auf Gegenstände hin überwacht werden soll. Diese Sensoren können dann mit modifizierten Öffnungsstrukturen versehen werden, welche den zur Seite gerichteten Erfassungsbereich nur in der Horizontalen aufweiten. Durch die Aufweitung des Erfassungsbereiches in der Horizontalen kann mit lediglich 2 seitlich ausgerichteten Sensoren der gesamte Bereich seitlich des Melders (1) beinahe lückenlos auf Gegenstände hin überwacht werden. Ob jedoch eine zusätzliche Überwachung seitlich des Melders notwendig ist oder nicht hängt davon ab, wie hoch der Zylinder des Gehäuses (4) ist und davon, ob Gegenstände, welche die Strömungsverhältnisse im Umfeld des Melders stören können, bereits mit einem Sensor (3) mit einer erfindungsgemäßen Öffnungsstruktur (12) an der Grundfläche des Zylinders zuverlässig erfasst werden können. Ein Indiz für eine ausreichend gute Erfassung ergibt sich, wenn die Prüfung nach der DIN SPEC 91388 bestanden wird, nach welcher Bretter der Größe 1m × 1m erkannt werden müssen, die in einer Entfernung bis ca. 50 cm zum Melder (1) senkrecht zur Decke (14) montiert werden.

[0056] Fig. 5a zeigt eine perspektivische Darstellung eines Brandmelders (1) mit zylindrischem Gehäuse (4) mit Raucheindringöffnungen (9) und einer erfindungsgemäßen Öffnungsstruktur (12), die sich in etwa zentrisch in einer Grundfläche des Gehäuses (4) befindet. Durch die Öffnungsstruktur (12) wird der Erfassungsbereich (5) entlang der Achse (6) bis zu einem Elevationswinkel α von 90° bzw. -90° aufgeweitet.

[0057] Fig. 5b zeigt eine Schnitt-Darstellung eines Brandmelders (1) mit zylindrischem Gehäuse (4) das an einer Decke (14) montiert ist. Innerhalb des Gehäuses (4) befindet sich eine Messkammer (8), eine Leiterplatte (15) und ein Sensor (3) zur Detektion von Gegenständen. Über dem Sensor (3) befindet sich, im Gehäuse (4) des Brandmelders (1) eine Öffnungsstruktur (12), die den Erfassungsbereich (5) des Sensors (3) durch Beugungseffekte und/oder Brechung aufweitet. Die Öffnungsstruktur (12) ist in der, dem überwachten Raum zugewandten Grundfläche, des Gehäuses (4) ausgestaltet. Sie kann aber auch nachträglich in eine bestehende Öffnung (11) eingefügt werden. Dies kann regelmäßig während der Produktion erfolgen oder auch nachträglich bei bestehenden Einrichtungen zur Detektion von Gegenständen (2) angebracht werden, um den Erfassungsbereich (5) nachträglich aufzuweiten. In diesem Fall ist eine erneute Kalibrierung des Sensors (3) zweckmäßig.

[0058] Obwohl in keiner der Fig. 2 a, 2b, 4a, 4b 5a und 5b gezeichnet, umfasst der Brandmelder (1) bzw. die Einrichtung zur Detektion von Gegenständen (2) mindestens eine Steuerungs- und Auswerteschaltung, Mittel zur Anzeige von Alarmen und der Erkennung von Objekten, Mittel zur Kommunikation und wenigstens eine Energieversorgung.

Bezugszeichenliste

[0059] 

1

Brandmelder, Streulichtrauchmelder

2

Einrichtung zur Detektion von Gegenständen

3

Sensor

4

Gehäuse

5

Erfassungsbereich

6

Achse

7

Rauchsensor

8

Messkammer

9

Raucheindringöffnungen

10

Streupunkt

11

Öffnung

12

Öffnungsstruktur

13

Strukturöffnung, Kreisblende, Ringblende

14

Decke

15

Leiterplatte

16

Abstand

17

Haltestege

Ansprüche

1. Brandmelder (1) mit einer Einrichtung zur Detektion von Gegenständen in der Umgebung des Brandmelders (1), wobei der Brandmelder ein Gehäuse (4) mit einer Befestigungsfläche zur zumindest mittelbaren Anbringung an einer Montagefläche (14), und einer der Befestigungsfläche gegenüberliegenden und raumzugewandten Gehäuseseite, aufweist und wobei die Einrichtung mindestens einen Sensor (3) zur Detektion von Gegenständen umfasst, der elektromagnetische und/oder akustische Wellen der Wellenlänge λ durch mindestens eine, für die Wellen durchlässige, Öffnung (11) im Gehäuse (4), entlang einer Achse (6) in einen Erfassungsbereich (5) in der Umgebung des Brandmelders (1) sendet und die an Gegenständen im Erfassungsbereich (5) reflektierten Wellen durch dieselbe oder eine weitere Öffnung (11) empfängt dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (11) und/oder die weitere Öffnung (11) eine Öffnungsstruktur (12) mit wenigstens einer Strukturöffnung (13) als ein Strukturmittel aufweist, wobei die Öffnungsstruktur (12) den Erfassungsbereich (5) des Sensors (3) durch Beugungs- und/ oder Brechungseffekte um die Achse (6) herum aufweitet.

2. Brandmelder nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsstruktur in der raumzugewandten Gehäuseseite liegt.

3. Brandmelder nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturöffnung (13) eine Kreisblende (13) und/oder einen umlaufenden Spalt, insbesondere Ringspalt (13), umfasst.

4. Brandmelder nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturöffnung (13) eine Öffnungsweite, insbesondere einen Radius, einen Durchmesser und/oder eine Spaltbreite aufweist, die klein gegenüber der Wellenlänge λ der gesendeten Wellen ist.

5. Brandmelder nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Abstände (16) zwischen zwei Strukturöffnungen (13) klein gegenüber der Wellenlänge λ sind.

6. Brandmelder nach den Ansprüchen 4 und/oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass klein gegenüber der Wellenlänge ≤ 1λ ist, insbesondere ≤ λ/2 und/oder ≤ λ/4 und/oder ≤ λ/8 und/oder ≤ λ/16.

7. Brandmelder nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsweite der Strukturöffnungen (13) und/oder die Abstände (16) zwischen den Strukturöffnungen (13), innerhalb der Öffnung (11) von innen nach außen größer werden.

8. Brandmelder nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsstruktur (12) aus wenigstens einer Kreisblende (13) und zwei konzentrisch dazu angeordneten Ringblenden besteht, wobei der Radius der Kreisblende (13) ca. ca. λ/12, der Abstand (16) zwischen der Kreisblende (13) und der ersten Ringblende (13) ca. λ/16, die Spaltbreite der ersten Ringblende (13) ca. λ/8, der Abstand (16) zwischen der ersten Ringblende (13) und der zweiten Ringblende (13) ca. λ/8 und die Spaltbreite der zweiten Ringblende (13) ca. λ/8 betragen.

9. Vorrichtung zur Detektion von Gegenständen in der Umgebung eines Brandmelders (1), wobei die Vorrichtung ein Gehäuse (4) mit einer Befestigungsfläche zur zumindest mittelbaren Anbringung an oder neben einem Brandmelder (1), und eine der Befestigungsfläche gegenüberliegende und raumzugewandte Gehäuseseite, aufweist und die Vorrichtung einen Sensor (3) umfasst, der elektromagnetische und/oder akustische Wellen durch mindestens eine, für die Wellen durchlässige, Öffnung (11) in der raumzugewandte Gehäuseseite des Gehäuses (4) entlang einer Achse (6) in einen Erfassungsbereich (5) in der Umgebung der Vorrichtung sendet und die, an Gegenständen im Erfassungsbereich (5) reflektierten Wellen durch dieselbe oder eine weitere Öffnung (11) empfängt dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (11) und/oder die weitere Öffnung (11) eine Öffnungsstruktur (12) mit wenigstens einer Strukturöffnung (13) als Strukturmittel aufweist, welche den Erfassungsbereich (5) des Sensors (3) durch Beugungseffekte und/oder Brechung um die Achse (6) herum aufweitet und Gegenstände außerhalb, insbesondere unterhalb, der Vorrichtung, detektierbar sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsstruktur (12) in der raumzugewandten Gehäuseseite liegt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 und/oder 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturöffnung (13) eine Kreisblende (13) und/oder wenigstens einen umlaufenden Spalt, insbesondere Ringspalt (13) oder wenigstens zwei umlaufende Spalte umfasst.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturöffnung (13) eine Öffnungsweite, insbesondere Radius, Durchmesser und/oder Spaltbreite, aufweist und Abstände zwischen den Strukturöffnungen (13), klein gegenüber der Wellenlänge λ der gesendeten Wellen sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass klein gegenüber der Wellenlänge ≤ 1λ ist, insbesondere ≤ λ/2 und/oder ≤ λ/4 und/oder ≤ λ/8 und/oder ≤ λ/16.

Zeichnung