Rauchmelder linear DIN EN 54 Teil 12

Optische bzw. photoelektrische Rauchmelder

Die gängigsten Brandmelder sind die optischen bzw. photoelektrischen Rauchmelder. Diese arbeiten nach dem Streulichtverfahren (Tyndall-Effekt): Klare Luft reflektiert praktisch kein Licht. Befinden sich aber Rauchpartikel in der Luft und somit in der optischen Kammer des Rauchmelders, so wird ein von einer Infrarotdiode ausgesandter Prüf-Lichtstrahl an den Rauchpartikeln gestreut. Ein Teil dieses Streulichtes fällt dann auf einen lichtempfindlichen Sensor, der nicht direkt vom Lichtstrahl beleuchtet wird, und der Rauchmelder spricht an. Ohne (Rauch-) Partikel in der Luft kann der Prüf-Lichtstrahl die Fotodiode nicht erreichen, die Beleuchtung des Sensors durch von den Gehäusewänden reflektiertes Licht der Leuchtdiode oder von außen eindringendes Fremdlicht wird durch das Labyrinth aus schwarzem, nicht reflektierendem Material verhindert. Optische Rauchmelder werden bevorzugt angewendet, wenn mit vorwiegend kaltem Rauch bei Brandausbruch (Schwelbrand) zu rechnen ist.

Bei einem Lasermelder wird statt einer einfachen Leuchtdiode (LED) mit einer sehr hellen Laserdiode gearbeitet. Dieses System erkennt schon geringste Partikel-Einstreuungen.

Ionisationsrauchmelder

Alternativ werden auch sogenannte Ionisationsrauchmelder eingesetzt. Diese arbeiten mit einem radioaktiven Strahler, meist 241Am, und können unsichtbare, das heißt kaum reflektierende, Rauchpartikel erkennen. Im Normalzustand erzeugen die Alphastrahlen der radioaktiven Quelle zwischen zwei geladenen Metallplatten in der Luft Ionen, so dass Strom zwischen den Platten fließen kann. Wenn Rauchpartikel zwischen die Platten gelangen, fangen diese einen Teil der Ionen durch elektrostatische Anziehung ein, wodurch die Leitfähigkeit der Luft verringert und somit der Strom kleiner wird. Bei Verringerung des Stromflusses schlägt der Ionisationsmelder Alarm.

Wegen der Radioaktivität werden Ionisationsrauchmelder allerdings nur noch in Sonderfällen eingesetzt, da die Auflagen sehr streng sind. Das Gefährdungspotenzial eines einzelnen Melders ist bei bestimmungsgemäßem Gebrauch und Entsorgung jedoch gering. Ungeöffnet sind Ionisationsmelder mit Alpha- oder Betastrahlern völlig ungefährlich, da keine Strahlung nach außen gelangt, im Brandfall muss aber der Brandschutt nach verschollenen Brandmeldern abgesucht werden. Wenn nicht alle Melder gefunden werden, muss der gesamte Brandschutt nach den Strahlenschutzverordnungen (zumindest im EU-Raum) als Sondermüll entsorgt werden, was auch zu erheblichen Mehrkosten nach einem Einsatz der Feuerwehr führt. Das Suchen der Melder ist aber nicht immer sehr einfach. Mit Geigerzählern hat man kaum eine Chance, sie unter einer Schicht mit einer Dicke von einigen Zentimetern zu finden. Daher ist es meist besser, man sucht das Gelände entsprechend dem Brandschutzplan visuell nach dem vermissten Melder ab. Am weitesten verbreitet sind Ionisationsrauchmelder in Angloamerika, dort dürfen sie über den Hausmüll entsorgt werden.

Vergleich der Rauchmelder

Ionisationsmelder reagieren besonders empfindlich auf kleine Rauch-Partikel, wie sie vorzugsweise bei flammenden Bränden, aber auch in Dieselruß, auftreten. Im Gegensatz dazu sind optische Rauchmelder besser zum frühzeitigen Erkennen von Schwelbränden mit relativ großen und hellen Rauchpartikeln geeignet. Das Detektionsverhalten beider Meldertypen ist daher eher als einander ergänzend zu betrachten.Ein eindeutiger Vorteil bezüglich Sicherheit vor Falschalarmen (durch Wasserdampf, Küchendämpfe, Zigarettenrauch, etc.) kann für keinen dieser Meldertypen ausgemacht werden.

Quelle: Wikipedia

Linienförmige Rauchmelder nach dem Durchlichtprinzip (Lichtschranken-Rauchmelder)

Überblick

Seit über 25 Jahren werden in Deutschland Lineare Optische Rauchmelder nach dem Durchlichtprinzip (Lichtschranken-Rauchmelder) eingesetzt. Sie überwachen große Räume in Industrie, Handel und Verwaltung. Verdeckt eingebaut sichern sie unauffällig historische Gebäude, Museen und Kunstwerke. Die linearen Rauchmelder sind geschlossen, damit eignen sie sich zum Einsatz auch unter widrigen Umgebungsbedingungen (ggf. in zusätzlichen Gehäusen) bis hin zur Montage in Ex-Bereichen.

Neben der klassischen Bauform als Lichtschranke mit einander gegenüber montierten Sendern und Empfängern gibt es seit einigen Jahren die kompakten Retro-Lichtschranken-Rauchmelder, bei denen Sender, Empfänger und ggf. auch die Auswerteeinheit in einem Gehäuse untergebracht sind. Auf der gegenüberliegenden Seite montiert man einen Prismen-Reflektor, der das Infrarotlicht des Senders zum Empfänger zurückspiegelt.

Die Retro-Lichtschranken-Rauchmelder wurden fortentwickelt und stehen dem Markt seit Oktober 2006 auch „motorisiert“ zur Verfügung. Die Geräte enthalten Schrittmotoren, mit denen die Sender- und Empfänger-Optik fern-ausgerichtet werden kann. Das Justieren der Melder steuert man über eine Cursor-Tastatur und die Melder können sich selber automatisch mit ihren Stellmotoren nachführen, um Bewegungen der Gebäudestrukturen zu kompensieren.

Die Linienförmigen Melder nach dem Durchlichtprinzip sind in der DIN EN 54-12 genormt. Ihre Projektierung und ihren Einsatz beschreiben die DIN VDE 0833-2 / VdS 2095. Die Rauchmelder nach dem Funktionsprinzip Lichtschranke und Reflexions-Lichtschranke, erfordern sorgfältige Planung und Montage. Für die Inbetriebnahme der Lichtschranken-Rauchmelder und zum Schreiben von Langzeit-Protokollen stehen dem Facherrichter verschiedene Werkzeuge zur Verfügung.

Rauchmelder, Funktionsprinzipien

Zunächst wurden in großen Stückzahlen Ionisations-Rauchmelder verwendet. Ihre Bedeutung sank mit dem Aufkommen der optischen Rauchmelder ganz erheblich. In einigen Sonderbereichen verwendet man auch Videosysteme zur Brand-Verifikation und mit Spezialsoftware auch zur Rauchdetektion.

Punktförmige Rauchmelder DIN EN 54-7

Bei den punktförmigen optischen Rauchmeldern unterscheidet man zwei Bauweisen, den Streulichtmelder und den Durchlichtmelder. Die folgende Skizze zeigt die Unterschiede auf.

Erläuterung Reflexionsprinzip und Absorptionsprinzip, Streulicht (links) und Durchlicht (rechts)

Reflexionsprinzip

Beim Streulichtmelder (Reflexionsprinzip) ist im Ruhezustand die Schranke offen, und das gesendete Licht wird in einem Labyrinth reflexionsfrei absorbiert. Dringt Rauch in den Melder ein, so wird der Lichtstrahl an den Rauchpartikeln gestreut (Tyndall-Effekt) und es fällt Licht auf den Empfänger. Dieser Helligkeitszuwachs wird als Alarmkriterium genutzt. Heller Rauch reflektiert das Licht besser als dunkler Rauch, daher reagieren Streulichtmelder in der Regel schneller auf hellen Rauch.

Absorbtionsprinzip

Beim Durchlichtmelder ist die interne Lichtschranke im Ruhezustand geschlossen. Dringt Rauch in die Kammer, so wird der Lichtstrahl gedämpft (Absorption), diese Schwächung wird als Alarmkriterium genutzt. Durchlichtmelder sprechen auf hellen oder dunklen Rauch gleich schnell an.

Lichtschranken-Rauchmelder DIN EN 54-10

Beim Linearen Rauchmelder ist der gesamte überwachte Raum die Messkammer, Sender und Empfänger sind einander gegenüber an den Wänden montiert. Der Sender schickt einen unsichtbaren, gepulsten Infrarot-Lichtstrahl von ca. 940 nm Wellenlänge zum Empfänger. Im Empfänger wird das empfangene Infrarotlicht in ein analoges Spannungssignal umgesetzt und zur Auswerte-Elektronik des Melders geführt. Die Signale werden nach dem Grad ihrer Dämpfung und nach der Dauer der Dämpfung bewertet und dann als Alarm oder Störung an die BMZ weitergeleitet.

Das Bild zeigt einen Lichtschranken-Rauchmelder mit seinem Kernlichtstrahl. Die Energieversorgung des Senders kann aus einer separaten Quelle erfolgen. Wesentlich ist die zwangsläufige Selbstüberwachung des Melders, er ist eine Lichtschranke.

Rauchausbreitung

Über einem Brandherd steigt der Rauch zur Decke hoch und breitet sich dort pilzförmig aus. Die Wärme des Brandes erwärmt die Luft unterhalb der Decke, es bildet sich ein heißes Luftpolster zwischen dem Rauch und der Decke. Die Dicke des Wärmepolster steigt mit der Temperatur der Rauchgase und mit der zunehmenden Raumhöhe. Der Rauch steigt nur zum unteren Rand des Wärmepolsters und fließt dann seitlich zu den Wänden weg. Die Wände sind in der Regel kalt und kühlen den Rauch, dieser sinkt daher vor den Wänden nach unten. Dieses in der Praxis bestätigte Modell ist die Grundlage für die Projektierungs-Richtlinien. Rauchmelder werden unterhalb des zu erwarteten Wärmepolsters montiert und nicht näher als 0,5 m an die Außenwände heran, weitere Details finden Sie in der DIN VDE 0833-2 bzw. in den VdS-Richtlinien.

Ein Linearer Rauchmelder detektiert den Rauch in seinem Kernlichtstrahl. Jeden Punkt auf der Seelenachse kann man als punkförmigen Rauchmeldern betrachten, damit ist die Seelenachse eine Kette punktförmiger Rauchmelder. Die grundsätzlichen Projektierungsrichtlinien von punktförmigen und linearen Rauchmeldern sind gleich.

Der Abstand zwischen Sender und Empfänger darf nach VDE 0833 maximal 100m betragen. Schlägt man um jeden Punkt der Melder-Achse einen Kreis mit dem Überwachungsradius von 7m, so erhält man die Überwachungsfläche von 100m x 14m, bei Raumhöhen von 12 bis 16 m. Wenn man es genau nimmt, dann entstehen an den jeweiligen Enden des Überwachungs-Rechteckes noch zusätzliche eine halbkreisförmige überwachte Zone.

Raumhöhe und Überwachungsflächen

Beim Vergleich der Richtlinien (VdS-Tabelle oben) für punktförmige und linienförmige Rauchmelder fällt auf:

· Linienförmige Rauchmelder dürfen bis zu Höhen von 12 bis 16 m eingesetzt werden, Punktmelder nur bis 12 m Höhe. · Bei Zweigruppen-oder Zweimelderabhängigkeit muß für die Punktmelder die Überwachungsfläche um 30 % reduziert werden, bei den Lichtschranken-Rauchmeldern besteht diese Forderung nicht.

Der Rauch muss in den Punktmelder hineinziehen. Je höher der Melder montiert ist, um so verdünnter erreicht der Rauch den punktförmigen Rauchmelder an diesem Montagepunkt. Beim Lichtstrahl-Rauchmelder ist der gesamte Kernlichtstrahl Meßkammer, der Rauch ist daher in einer Dimension weniger verdünnt. Der Lichtschranken-Rauchmelder integriert den Rauch über seine gesamte Länge, er ist mit zunehmender Montagehöhe daher relativ empfindlicher als ein Punkt-Rauchmelder.

In der DIN VDE Entwurf 0833-11 sind einige Parameter dieser Tabelle geändert worden, die möglichen Montagehöhen und Überwachungsbreiten können großzügiger gestaltet werden, die Wirksamkeit dieser Projektierungen ist im Einzelfall nachzuweisen.

Lichtschranken-Rauchmelder DIN EN 54 Teil 10

Seit ca. 10 Jahren werden Lichtstrahl-Rauchmelder auch als Reflex-Lichtschranken eingesetzt. Bei diesen kompakten Geräten mit Prismenplatten als Reflektoren wird der Montageaufwand erheblich verringert. Der zu verkabelnde Melder wird auf der einen Seite montiert, gegenüber, ganz ohne elektrische Anschlüsse, die Reflektoren. Das Reflex-Prinzip und die tatsächlichen Baubedingungen schränken den Einsatz der Retro-Lichtschrankenmelder ein.

Lichtschranken-Rauchmelder, „end-to-end

Diese Lichtstrahl-Melder erfordern Montageaufwand und Verkabelungen an beiden „Enden“, Sender und Empfänger sind getrennt, die klassische Form der Lichtschranke, end-to-end.

Sendekegel und Kernlichtstrahl

Der Sender strahlt einen Infrarot-Lichtkegel ab. Nur das Licht, das direkt in den Empfänger fällt, wird in ein analoges Spannungssignal umgesetzt und bewertet. Der Lichtstrahl hat eine Wellenlänge von ca. 940nm und ist mit ca. 10 kHz getaktet. Die Empfängerlinse ist getönt und dient als Filter gegen Fremdlicht. Der Öffnungswinkel des Lichtkegels beträgt ca. 2,6°.

Der Kernlichtstrahl ist der aktive Sensor eines linearen optischen Rauchmelders. Dringt Rauch hinein, so wird das getaktete Infrarotlicht gedämpft. Im Lichtschranken-Rauchmelder steht ein Testausgang zur Verfügung. Die dort anliegende Spannung verhält sich analog dem empfangenen Licht. Bei der Signalauswertung arbeitet das System nach folgenden Parametern:

· Eine schwache und langsame Dämpfung wird als Verschmutzung bewertet, die automatische Verstärkungsregelung kompensiert diese Lichtschwächung. · Eine ununterbrochene Dämpfung um 25% bis 90% oder 35% bis 90% oder 50% bis 90% (Alarmschwellen) bewertet der Melder als ALARM. · Eine Dämpfung um größer 90% ist eine Störung, der Melder gibt eine nicht gespeicherte Stör-Meldung ab, die sich nach Signalwiederkehr automatisch zurücksetzt.

Automatische Nachregelung

Sinkt das empfangene Infrarot-Lichtsignal um ca. 10% bis nahe zu der Alarmschwelle und verbleibt dort dauerhaft, so wird eine langsame Verschmutzung, eine Alterung oder aber auch eine mechanische Veränderung der Melderachse angenommen.

Die automatische Verstärkungsregelung im Empfänger des Melders kompensiert diese Veränderungen, längerfristige Schwächungen bzw. auch Signalverstärkungen regelt der Melder aus, ggf. in mehreren Schritten nacheinander.

Die Anzahl der Regelschritte und die Länge der Zeitintervalle schwanken innerhalb der Norm-Toleranzen. Kommt der Lichtschranken-Rauchmelder an das Ende seines Nachregelungs-Vermögens, so gibt er wahlweise eine ALARM-oder Störmeldung (nach VdS) ab. Diese Störmeldung wird im Melder gespeichert.

Nachregelungsverhalten des Fireray 1401

Die Grafik zeigt ein langsames und konstantes Absinken des empfangenen Lichtsignals, der Melder regelt zuerst 2 mal hoch und gegen Ende der Kurve 1 mal herunter. Es stehen 15 Regelstufen zur Verfügung. Die Lichtschranken-Rauchmelder sollen bei normaler, guter Sicht in Betrieb genommen werden. Der Melder hat dann die Möglichkeit, seine Verstärkung zu erhöhen oder zu verringern, je nach den herrschenden äußeren Bedingungen.

Blockade des Lichtstrahls

Lichtschranken sind selbstüberwachend, quasi die natürliche Zwangsläufigkeit. Wird ihr Lichtstrahl durch ein Hindernis unterbrochen, so melden sie zwangsläufig diese Störung. Sobald das Hindernis aus dem Kernlichtstrahl entfernt ist, kann die Schranke wieder arbeiten, die Störung ist behoben, und die Störmeldung wird automatisch rückgesetzt.

Die Zeit-und die Dämpfungswerte können gemäß der Norm unterschiedlich gewählt sein.

Meldekriterien

Eine ca. 10 Sekunden lange und ununterbrochene Dämpfung des Signals innerhalb der ALARM-Schwellwerte führt zum ALARM. Es kann im Brandmelder gewählt werden, ob der ALARM gespeichert bleibt oder sich der Melder automatisch zurücksetzen soll, sobald das Brandkriterium nicht mehr erfüllt ist.

Die ALARM-Schwellen sind Dämpfungen des Lichtstrahles um:

25% bis ca. 96% 1,25dB +/ -0,28dB schnelles Ansprechen 35% bis ca. 96% 1,87dB +/ -0,28dB normales Ansprechen 50% bis ca. 96% 3,01dB +/ -0,28dB träge, für widrige Verhältnisse

Betriebssicherheit

Die Weite des abgestrahlten Lichtkegels ist ein wesentlicher Faktor für die Betriebssicherheit des Lichtstrahl-Rauchmelders. Bei einer gut ausgerichteten Lichtschranke liegt der Empfänger in der Mitte des vom Lichtkegel auf der Gegenwand abgebildeten Kreises.

Bei einem gut ausgerichteten Sender darf der Senderkegel um bis zu 1° von der ursprünglichen Mittelachse wegdrehen, er trifft dann noch immer seinen Empfänger. Bei Drehbewegungen des Senders > 1° besteht die Gefahr, dass das Licht den Empfänger nur noch schwach oder gar nicht mehr trifft, mit der Folge einer ALARM- oder Störmeldung.

Die folgenden Skizzen zeigen einen Lichtstrahl-Rauchmelder, der durch einen Mauerdurchbruch hindurch detektiert. Der Empfänger hat einen großen Öffnungswinkel, eine Winkel-Abweichung des Empfängers von der Mittelachse ist daher relativ unkritisch. In der folgenden Betrachtung kann man den Empfänger deshalb als unverrückbar und fest betrachten.

Die Melderachse verläuft mittig durch die Maueröffnung, nur der äußere Teil des Sender-Lichtkegels wird von der Mauer ausgeblendet. Der verbleibende Lichtkegel und damit der Kernlichtstrahl trifft den Empfänger.

Neigt oder verdreht man den Sender, so wird ein Teil des Lichtkegels auf der einen Seite der Mauer noch weiter ausgeblendet. Auf der anderen Seite jedoch „rückt“ der restliche Kegel nach, der Lichtkegel trifft weiterhin den Empfänger.

Ein enger Durchbruch oder fluchtende Maueröffnungen beschneiden die Wirkung des Lichtkegels in der Praxis nicht. Beim Neigen oder Verdrehen des Senders gelangt immer ein Teil des gesamten Kegels zum Empfänger, den Empfänger kann man praktisch als unverrückbar betrachten. Die Öffnung in einem Hindernis soll mindestens 30 cm Durchmesser haben, von der letzten Öffnung bis zum Empfänger ist ein Abstand von mindestens 3 m einzuhalten. Wenn die „Löcher“ gut fluchten, dann ist ihre Anzahl theoretisch nicht begrenzt.

Im Detail ist eine solche Projektierung mit allen Beteiligten zu besprechen, denn im Prinzip steht sie im Widerspruch zu der 0,5m-Abstandsregel, der Mindestabstand von Rauchmelder zu Wänden, Einbauten und Lagergut nach VDE 0833.

Retro-Lichtschranken-Rauchmelder

Bei den RETRO-Meldern sind Sender und Empfänger in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Das Senderlicht wird auf der Gegenseite von 180 Grad-Prismen reflektiert und fällt zurück in den Empfänger.

Reflexion am Spiegel

Trifft der Lichtstrahl eines Melders auf eine spiegelnde Fläche, so gilt die bekannte Regel, Einfallswinkel = Ausfallswinkel. Der Lichtkegel wird „umgeklappt“ und verläuft - sich weiter öffnend - zurück. Trifft der Lichtstrahl rechtwinklig auf, so verläuft er zurück zum Sender, trifft er schräg auf, so wird der Lichtstrahl zur Seite wegreflektiert.

Der Lichtkegel wird umgeklappt und verläuft sich stark abschwächend zurück in den Raum, ggf. auch als störendes Signal von spiegelnden Flächen.

Reflexion am idealen Prisma

Diese Skizze zeigt den Retro-Melder mit einem großen idealen Prisma. Der Lichtstrahl wird vom 180° Prisma in den Sender zurückgeworfen.

Bei diesem idealen 180° Prisma wird der Lichtstrahl direkt in den Sender reflektiert, den Empfänger trifft er nicht, die Lichtschranke ist nicht geschlossen.

Reflexion mit Streuung

In dieser Skizze werden Prismenplatten als Reflektor verwendet.

Die vielen hundert Prismen der Prismenplatte „streuen und bündeln“ das Licht zurück, es fällt in den Empfänger und die Lichtschranke ist geschlossen.

Die Signalauswertung erfolgt wie bei den „end to end“ Lichtschranken-Rauchmeldern:

· Eine schwache und langsame Dämpfung wird als Verschmutzung bewertet, die automatische Verstärkungsregelung kompensiert diese Lichtschwächung. · Eine ununterbrochene Dämpfung um 25% (bis 90%) oder 35% (bis 90%) oder 50% (bis 90%) (Alarmschwellen) bewertet der Melder als ALARM. · Eine Dämpfung größer 90% ist eine Störung, der Melder gibt eine nicht gespeicherte Stör-Meldung ab, die sich nach Signalwiederkehr automatisch zurücksetzt.

Doppelte Dämpfung bei RETRO-Rauchmeldern

Bei den Lichtstrahl-Rauchmeldern nach dem Retro-Prinzip wird der Lichtstrahl von dem „einen Rauch“ zweimal geschwächt, auf dem Weg zum Reflektor und auf dem Weg zurück zum Melder:

Signal Dämpfung Signal durch Rauch am Prisma durch Rauch am Empfänger Sender 100% -25% Rauch = 75% Prisma -25% Rauch = 56,25% Empf. Sender 100% -35% Rauch = 65% Prisma -35% Rauch = 42,25% Empf. Sender 100% -50% Rauch = 50% Prisma -50% Rauch = 25,00% Empf.

Gesendetes Signal	Dämpfung durch Rauch	Signal am Prisma	Dämpfung durch Rauch	Signal am Empfänger
Sender 100%	- 25% Rauch	= 75% Prisma	- 25% Rauch	= 56,25% Empf.
Sender 100%	- 35% Rauch	= 65% Prisma	- 35% Rauch	= 42,25% Empf.
Sender 100%	- 50% Rauch	= 50% Prisma	- 50% Rauch	= 25,00% Empf.

Diese Verhältnisse sind beim Testen der Lichtschranken-Rauchmelder zu berücksichtigen. Die Dämpfungsfolien zum Testen der Lichtschranken-Rauchmelder weisen daher zwei unterschiedliche Skaleneinteilungen auf: „end-to-end“ und „RETRO“.

Bei der Auswertung der Melderdaten wie unter 5.2 beschrieben sind diese „doppelten“ Dämpfungen zu beachten, der dort aufgeführte AV-Wert ist vor der logischen Verknüpfung ausgekoppelt und so ist diese „doppelte“ Dämpfung noch nicht eingerechnet.

Reflexionen und Fremdlicht

Bei dem „end-to-end“ Lichtschranken-Rauchmelder sind die optischen Verhältnisse einfach, nur das Licht des Kernlichtstrahls fällt in den Empfänger, Fremdlichteinflüsse können in der Regel vernachlässigt werden.

Lichtauswertung

Das Infrarotlicht der Sender, ca. 840nm Wellenlänge, ist charakteristisch moduliert und die Empfängerlinse dient als Filter und blendet „fremdes“ Licht anderer Quellen aus.

· Ein starkes Fremdlicht gleicher Frequenz könnte den Empfänger „zustopfen“, dies wird durch den Montageort der Linearen Rauchmelder oberhalb von Lampen verhindert.

· Ein zweiter Lichtschranken-Sender könnte den einen Empfänger bestrahlen, es käme zu Interferenzen oder Schwebungen. Man verhindert dies durch einen Mindestabstand zwischen beiden Melderachsen.

· Reflektierende Flächen nahe dem Empfänger, dicht zur Achse, sollen vermieden werden. Streuung des eigenen Lichtes können in den Empänger fallen und das Nutzsignal vom eigenem Reflektor verfälschen.

Zusätzliche Reflektoren

Der Empfänger eines Retro-Melders soll nur das Licht erhalten, welches direkt von seinem Sender zum Reflektor und von dort zurück in den Empfänger fällt.

Eigenes Licht, reflektiert von Hindernissen oder Licht anderer Detektoren verfälschen das Signal und führen zu nicht definierten Verhältnissen. Es kann zu Störungen durch Interferenzen kommen oder sogar zu optischen Kurzschlüssen, der Melder wäre dann nicht über die Gesamtlänge meldebereit.

Dieses schematische Beispiel soll die störenden Lichtverhältnisse verdeutlichen.

Das gesendete Infrarotlicht fällt auf drei spiegelnde Flächen, diese werfen es zum Melder zurück. Das Rücksignal im Empfänger setzt sich aus drei „Echos“ zusammen:

Der IST-Zustand...

Der Melder funktioniert einwandfrei, man kann sogar feststellen, der Melder ist sehr empfindlich, da er auf mehreren Achsen gleichzeitig detektiert.

Vom Reflektor 45 %

Von der Glasfläche 30 %

Vom Klimakanal 25 %

Summe Empfänger 100 % Der Melder ist im Ruhezusand

Dies darf nicht eintreten...

Dieses Echo ist stabil, wenn jetzt allerdings jemand das Fenster öffnet, dann fehlen 30 % Signal. Der Melderhat jetzt nur noch 70 % Restsignalstärke.

Vom Reflektor 45 %

Von der Glasfläche 0 %

Vom Klimakanal 25 %

Summe Empfänger 70 % Der Melder gibt ALARM

Die Störmeldung

Der „richtige“ Reflektor wird zum Test der Störmeldung abgedeckt. Es bleiben 45 % Signalstärke, gesendet von den beiden weitere Reflektoren ! Es sollte eine Störung sein.

Vom Reflektor 0 %

Von der Glasfläche 30 %

Vom Klimakanal 25 %

Summe Empfänger 55 % Der Melder gibt ALARM

Resultat: Diese Retro-Lichtstrahlmelder brauchen ein freies Sichtfeld von ca. 0,5m2 bei einer Entfernung von ca. 50m und bei 100m von ca. 1m2.

Testen Sie bei der Inbetriebnahme, ob der Sender sein Prisma trifft und nur sein Prisma !

Beim Testen mit einer Dämpfungsfolie direkt vor der Melderoptik überprüfen Sie nur die Gerätefunktion. Sie bemerken dabei nicht, dass die Melderstrecke ganz oder zum Teil durch Einbauten kurzgeschlossen ist.

Helle Decke und Klimarohr

Kabelpritsche

Glasflächen und Fensterfronten

In den Foyerbereichen großer Gebäude mit vielen spiegelnden Flächen ist der Einsatz von Lichtschranken-Rauchmeldern „end to end“ zu empfehlen.

Dies entspricht natürlich nicht dem Anspruch der Architekten und dem Design dieser Räume: die Melder sollen möglichst unauffällig auf die Innenwände montiert werden, die kleinen flachen Prismenkacheln unsichtbar auf die Glasfronten.

Reflektion an Glasflächen

In dieser Darstellung trifft das Senderlicht senkrecht auf die Prismenplatte und auf die Glasfläche. Deckt man zum Testen der Störmeldung das Prisma ab, so wird wahrscheinlich der Empfänger so viel vom Glas reflektiertes Licht empfangen, dass er nicht Störung, sondern Alarm meldet, wie oben beschrieben.

Glasflächen reflektierten sehr unterschiedlich, abhängig von den Glas-Beschichtungen, den Glasqualitäten und den Lichtverhältnissen hinter dem Glas.

Die Reflexionen eines Glases kann man nutzen, aber nur in einem praktischen Test kann festgestellt werden, ob sich nicht auch negative Einflüsse einstellen.

Einige Rahmeninformationen zu den optischen Verhältnissen:

Der Sendekegel hat einen Öffnungswinkel von ca. 0,5° bis 2,6°, je nach Melder und Hersteller. Der Eingangswinkel am Empfänger beträgt ca. 4,5°.

Die Prismenplatten können bis zu ca. 5° aus der Senkrechten zum Lichtsender geneigt sein, ohne merklich weniger Licht zum Empfänger zu reflektieren (180 Grad-Prismenwirkung).

Retro-Rauchmelder mit Stellmotoren thefirebeam

Seit Ende 2006 sind die neuen Linearen Rauchmelder mit Stellmotoren vom VdS gemäß EN 54-12 anerkannt. Der wesentlichste Vorteil dieser Technologie ist es:

Die Melder zentrieren sich bei der Inbetriebnahme und im laufenden Betrieb automatisch

in die Mitte ihrer Prismenplatte.

Stellt der Melder während des laufenden Betriebs eine größere Signal-Veränderung fest, dann zentriert er sich automatisch immer wieder neu in das Zentrum seiner Prismenplatte.

Der Melder ist immer mittig ausgerichtet und hat damit die größtmögliche Toleranz bei Bewegungen in Gebäuden und kann diesen Bewegungen sogar folgen.

Funktionsprinzip

Der neue Linienförmiger Retro-Rauchmelder mit Stellmotoren arbeitet ebenfalls nach dem Durchlicht-Prinzip. Der Melder besteht aus dem kompakten Meldergehäuse mit Sender, Empfänger, Melderelektronik und den beiden Stellmotoren zum ferngesteuerten / automatischen Ausrichten von Sender und Empfänger auf den gegenüber dem Melder montierten Prismen-Reflektor.

Das Bedienen und Parametrieren des Melders erfolgt mit dem Bediengerät im Handbereich. Über die integrierte Standard-Schnittstelle RS 485 erfolgt der Datenaustausch zwischen dem Melder und seinem Bediengerät. Über die RS 485 des Bediengerätes kann man die Melderdaten abgreifen und mit einem Terminal-Programm mitschreiben und speichern.

Der Melder ist in ein glattes Gehäuse eingebaut, Schutzart IP 65, das Gehäuse ist robust und pflegeleicht. Die glatten Oberflächen erlauben das Reinigen der Melder mit Wischern, auch aus größerer Distanz. Es besteht dabei nicht die Gefahr den Melder zu verstellen.

Beim Nutzen von NANO-Beschichtungen gegen Feuchtigkeit und Schmutz müssen die optischen Oberflächen sehr vorsichtig mit weichen Tüchern gereinigt werden.

Melder mit Stellmotoren reagieren 3-fach

Die Standard end-to-end Melder können auf Veränderungen in ihrem Umfeld nur einfach reagieren, sie verändern ihre Empfängerverstärkung.

Wird bei stärkeren Bewegungen der Gebäudestruktur der Lichtkegel so weit abgelenkt, dass der Lichtstrahl seinen Reflektor kaum oder gar nicht mehr trifft, dann signalisiert der Melder eine Störung oder im schlimmsten Fall, bei einem Restsignal von ca. 75% bis 10%, einen ALARM.

Die Standard-Retro-Melder können doppelt reagieren, sie passen ihre Senderleistung und ihre Empfängerverstärkung den sich ändernden Umgebungsbedingungen an.

Wird bei stärkeren Bewegungen der Gebäudestruktur der Lichtkegel so weit abgelenkt, dass der Lichtstrahl seinen Reflektor kaum oder gar nicht mehr trifft, dann signalisiert der Melder eine Störung oder im schlimmsten Fall, bei einem Restsignal von ca. 75% bis 10%, einen ALARM.

Die Stellmotor-Melder reagieren dreifach, sie passen bei geringen Signal-Veränderungen ihre Senderleistung und ihre Empfängerverstärkung automatisch den neuen Umgebungs-Bedingungen an. Der Melder kompensiert damit die langsame Verschmutzung seiner Optik. Treten beim Melder mit Stellmotoren stärkere Signalverluste ( > 10 % ) auf, so sind diese in der Regel durch Bewegungen der Gebäudestruktur verursacht. Der Lichtkegel trifft den Reflektor nicht mehr mittig und der Lichtkegel wandert mehr und mehr aus.

Die Melderlogik startet nun automatisch die Stellmotoren und tastet mit seinem Lichtkegel die Kanten des gegenüber montierten Reflektors ab. Aus den reflektierten Signalen errechnet die Melderlogik den Reflektor-Mittelpunkt und steuert den Lichtkegel neu ins Zentrum seines Reflektors. Dieses Selbst-Zentrieren erfolgt

· manuell und automatisch bei der Inbetriebnahme und beim Service,

gestartet mit den Cursor-Tasten im Bediengerät und

· vollautomatisch während des Betriebs bei Signalschwächungen > 10 % ,

verursacht z.B. durch Bewegungen der Gebäudestrukturen.

Das lästige, kostspielige und oft gefährliche Hochklettern zu den Meldern bei der Montage, bei der Inbetriebnahme und beim Service kann fast immer durch das Ausrichten mit den Stellmotoren entfallen !

Inbetriebnahme in drei vorgegebenen Schritten

Der Melder und sein Prismen-Reflektor werden ungefähr auf der gleichen Raumhöhe und gut gegenüber fluchtend montiert. Die wesentlichen Grundsätze für die Projektierung stehen in den Hersteller-Dokumentationen und den relevanten Vorschriften wie z.B. der DIN VDE 0833 ff..

Beachten Sie auch ggf. besondere regionale Regelungen.

Der Reflektor bleibt für den ersten Schritt der Inbetriebnahme mit nicht-reflektierendem Material zugedeckt, oder er wird erst später montiert. Der Senderlichtstrahl verläuft vom Melder zum Reflektor und hat in der Regel dann die Koordinaten von ca.

X = 0 waagerecht

Y = 0 senkrecht, Grundausrichtung der Achse des Sendekegels.

Die Melderachsen können um 10 0 in alle Richtungen verstellt werden, die Melderachse kann also auch leicht geneigt werden, ohne den Melder entsprechend „schräg“ zu montieren.

PRE-ALIGNMENT, Test der freien Sicht

Bei zugedecktem Reflektor werden im ersten Programmierschritt die Sichtverhältnisse zwischen dem Melder und seinem Reflektor überprüft. Diese Prozedur stellt sicher, dass später wirklich die gesamte Strecke zwischen dem Melder und seinem Reflektor überwacht wird, es also nicht zu den schädlichen Reflexionen von Einbauten wie Klimakanälen, Kabelbühnen oder Deckenpanelen kommt, die einen optischen Kurzschluss verursachen können !

Erzeugt das aus dem Raum reflektierte Licht einen AQ Wert < 7 % (AQ = air quality), dann sind im späteren Betrieb keine schädlichen Reflexionen zu befürchten

und es wird der zweite Inbetriebnahmeschritt eingeleitet.

Liegt der AQ-Wert über 7%, so kann man den Lichtkegel mit der Hilfe der Cursor-Tasten von dem reflektierenden Hindernis weglenken, oder man kaschiert das störende Hindernis mit stumpfen Material.

Manuelles Alignment bis zum Mindest-Reflexionswert

Nach dem Aufdecken oder nach der Erstmontage des Reflektors ergibt sich meist ein AQ-Wert von 80 % bis 120 % (von max. 140%) bei freier Sicht zwischen dem Melder und seinem Reflektor. Bei Erreichen dieses guten Wertes kann man sofort in den automatischen Abgleich-Modus weiterschalten.

Liegt das empfangene Signal jedoch unter 40 %, dann muss die Achse des Lichtkegels mit den Cursortasten des Bediengeräts manuell zentral auf den Reflektor ausgerichtet werden. Mit den Stellmotoren im Melder kann der Lichtkegel entlang der x- bzw. der y-Achse abgelenkt werden.

Die Stellmotoren können den Lichtkegel um plus/minus 400 Schritte in die x-/y-Richtung verstellen, dies entspricht jeweils 10 Grad in alle Richtungen. Bei 100m Entfernung schwenkt der Lichtkegel dabei um ca. 16m in alle Richtungen.

Bei einem AQ-Wert von min. 40% schaltet man weiter zum automatischen Abgleich.

Automatisches Ausrichten und Abgleichen

Der Melder zentriert sich jetzt automatisch auf seinen Reflektor und wählt selbständig seine optimale Sendeleistung und Empfängerverstärkung und erreicht den AQ-Wert 100%. Dieser automatische Abgleich optimiert alle Einstellungen:

Der Melder ist zentral ausgerichtet

Der Melder sendet und empfängt mit optimalen Parametern.

Der automatische Abgleich verhindert Fehler bei der Inbetriebnahme.

Der häufigste Fehler der Vergangenheit - eine schlechte Melder- Ausrichtung mit einer überstarken Senderleistung zu kompensieren - ist nun zwangsläufig automatisch verhindert.

Align COMPLETE

Abschließender Funktionstest

Der gesamte überwachte Raum ist bei Linearen Rauchmeldern die Messkammer, ein realistischer Funktionstest muss daher immer an den Reflektoren erfolgen.

Beim Abdecken des Reflektors um mehr als 90% muss der Lineare Rauchmelder eine Störungs-Meldung anzeigen (EN 54-12). Erfolgt nach Abdeckungen von >90% keine Störmeldung, dann gelangen ungewollte Reflexionen zum Melder und stören seine einwandfreie Funktion. Diese ,,optischen Kurzschlüsse" gefährden den Melderbetrieb.

Die untere ALARM-Schwelle kann zwischen 25% bis 50% Dämpfung programmiert werden, die Alarmgabe erfolgt dann bis zu einer Dämpfung von 90%.

Ab 91% Dämpfung meldet der Melder eine Störung, diese wird nicht gespeichert.

Die ALARM-Funktion soll ebenfalls durch Abdecken am Reflektor getestet werden.

Durch das Abdecken der Melderoptik mit der Testfolie stellt man die einwandfreie Funktion des

Gerätes fest, man hat aber keine Sicherheit, ob die gesamte Melderstrecke ordnungsgemäß arbeitet.

In den Melder ist ein Temperatursensor eingebaut, sie können die Temperatur im Melder über das Bedienteil auslesen und über die RS 485 protokollieren.

Betrieb und Regelverhalten

Im täglichen Betrieb reagiert der Melder automatisch auf Änderungen seiner Umgebungs-Bedingungen, der Melder hat 3 Möglichkeiten sich automatisch anzupassen.

Elektronisches Nachführen bei Verschmutzung

Der Melder entdeckt langsame Schwankungen des empfangenen Infrarot-Signals und regelt Änderungen aus. Der Zeitraum zwischen 2 Regelvorgängen ist mindestens 4 Stunden.

Dieses Nachregeln geschieht sehr langsam, denn nur so kann der Melder langsame Verschmutzungen von einer Sichttrübung durch einen Schwelbrand unterscheiden.

Eine langsame Verschmutzung über Wochen und Monate wird stetig durch Anpassung von Senderleistung und Empfängerverstärkung kompensiert. Der jeweilige Verschmutzungsgrad kann über das Bediengerät ausgelesen werden. Ist der Nachregelungsumfang des Melders ausgeschöpft, meldet er eine Störung.

Elektromechanisches Nachführen bei Gebäudebewegungen

Bei einer Signalschwächung größer 10% startet der Melder einen neuen automatischen Selbstabgleich, dabei bleibt der Melder in Betrieb und ist weiterhin meldebereit.

Geradlinige Bewegungen

Die Linearen Rauchmelder sind Lichtschranken, ihr Lichtweg muss geschlossen sein.

Der Sender eines linearen Rauchmelders strahlt wie eine Taschenlampe, das Heben oder Senken bzw. das seitliche Verschieben versetzt den Lichtstrahl parallel.

Der parallele Versatz um viele Zentimeter ist unkritisch.

Eine große parallele Verschiebung von Bauteilen ist in der Praxis nicht denkbar.

Bewegt sich der Melder um 10cm nach einer Seite, so wird der Lichtkegel ebenfalls um 10 cm seitlich versetzt.

Der Lichtkegel trifft weiterhin voll den Reflektor.

Diese geradlinigen Bewegungen in Gebäudestrukturen können vernachlässigt werden.

Winkelige Bewegungen

Wird ein Linearer Rauchmelder auf eine Struktur montiert, die sich rechts oder links verdreht bzw. hoch oder runter neigt, dann ist ein sicherer Melderbetrieb stark gefährdet!

Lineare Rauchmelder dürfen nicht auf den stark beweglichen Thermo-Blechverkleidungen von Leichtbauhallen montiert werden!

Nach dem automatischen Abgleich trifft der Sendekegel den Reflektor zentral, die mechanische Ausrichtung ist jetzt optimal.

Das seitliche Verdrehen nach rechts / links oder das vertikale Neigen hoch / runter lässt die Lichtkegelachse auswandern und gefährdet die Betriebssicherheit des Linearen Rauchmelders.

Wandert der Lichtkegel um ca. l Grad aus, so ist der seitliche Versatz bei ca. l00m Entfernung ca. l m. Der Reflektor wird noch gerade getroffen, der Betrieb ist noch nicht gefährdet.

Wandert der Lichtkegel um ca. 2 Grad aus, so ist der seitliche Versatz nach ca. l00m Entfernung gut 2 m. Der Reflektor wird nicht mehr vom Lichtstrahl getroffen, die Betriebsbereitschaft ist nicht mehr gegeben.

Diese prinzipielle Darstellung vereinfacht die Verhältnisse, in der Praxis ist der abgebildete Lichtfleck nicht kreisrund, er sieht eher wie ein Kartoffelpuffer (Reibekuchen) mit zerfaserten Rändern aus.

Die Auswertung vieler Messprotokolle Linearer Rauchmelder hat gezeigt, die Gebäude-Strukturen bewegen sich in der Regel langsam und zwar regelmäßig in einem Tag- und Nacht-Rhythmus. Die Bewegungen sind gleitend und können über die Nacht schon 2 bis 3 Grad betragen.

Ruckartige Bewegungen kommen sehr selten vor, z.B. wenn sich ein Fundament senkt. Dies führt dann zu bleibenden Veränderungen, z.B. Rissen an Wänden oder Spalten in den Fußböden.

Die Streuung des Lichtkegels

Der Lichtkegel bildet auf der Reflektor-Seite einen mehr oder weniger kreisförmigen Lichtfleck. Die Skizze zeigt idealisiert diesen Fleck mit seiner zum Rand hin sinkenden Lichtintensität.

Das relativ homogene Zentrum hat einen Durchmesser von ca. 2 bis 3m. Der Maßstab rechts zeigt die breite Streuung des Lichtkegels..

Wenn der Lichtkegel durch die Gebäudebewegungen mehr und mehr auswandert, dann wird immer weniger Licht zum Melder reflektiert.

Die violette Kurve zeigt den AQ-Wert (Air Quality), das zum Melder reflektierte Licht, in Abhängigkeit von der Ablenkung des Sender-Lichtkegels.

Den Reflektor kann man als feststehend betrachten. Die einzelnen 180 Grad-Prismen werfen das einfallende Licht fast ungeschwächt zum Melder zurück, selbst bei einer Neigung der Prismenflächen zur Lichtkegelachse um bis zu ca. 6 Grad.

Motorisches Nachführen des Lichtkegels

Neigt sich die Lichtkegelachse um ca. 1,2 Grad, so sinkt das reflektierte Signal im Melder auf den AQ-Wert von ca. 90%. Wird dieser Schwellwert unterschritten, ab dem AQ-Wert 89%, beginnt der Melder sich neu auszurichten. Wie beim AUTO-Alignment während der Inbetriebnahme erfasst der Melder automatisch die Reflektorenkanten, berechnet den Reflektoren-Mittelpunkt und stellt sich exakt auf die Mitte ein.

Die Senderleistung und die Empfängerverstärkung bleiben unverändert.

Die Lichtkegelachse wird automatisch in die optimale Position geführt.

Während dieses automatischen Neuabgleichs bleibt der Melder in voller Betriebs-Bereitschaft. Wandert der Lichtkegel weiter in diese oder auch in eine andere Richtung, dann wiederholt sich dieses Ausrichten auf den Reflektor immer wieder neu.

In der Praxis kann man eine rhythmische Bewegung der Gebäudestrukturen beobachten, tags in die eine Richtung und nachts wieder zurück in die entgegengesetzte Richtung.

Einsatz bei widrigen Umgebungsbedingungen

Die Linearen Rauchmelder werden oft bei schwierigen Umgebungsbedingungen eingesetzt, z.B. unter Schutzdächern im Freien oder in ungeheizten Hallen. Die Melder sind geschlossen und selbst in einem IP 65 Gehäuse geschützt. Der Lichtstrahl verläuft frei durch den überwachten Raum und die optischen Ein- und Austrittsflächen sind voll der Feuchtigkeit und Kälte ausgesetzt.

Eine zusätzliche NANO - Beschichtung auf der Melder-Optik und auf den Reflektoren verhindert das Beschlagen beim Einsatz in feuchter Umgebung, z.B. in Schwimmbädern.

Dieser Schutz kann durch zusätzliche Heizungen im Melder und an den Reflektoren noch verstärkt werden, zum Schutz vor gefrierender Nässe in ungeheizten Hallen, auf Rampen und unter Freidächern.

In vielen Installationen hat der neue Melder mit Stellmotoren bewiesen, dass das automatisches Nach- und Zurückführen der Melderachse Bewegungen in Gebäudestrukturen ausgleichen kann. Diese neue motorische Funktion sichert zuverlässig die Betriebsbereitschaft von Brandmeldeanlagen im praktischen Betrieb.

Der Einsatz Linearer Rauchmelder in widrigen Umgebungen muss sehr sorgfältig geplant werden, oftmals hilft es, einen Testmelder zu installieren und diesen über einen längeren Zeitraum automatisch zu protokollieren.

Messen und Protokollieren linearer Rauchmelder

Neben den schon erwähnten Störquellen, die in der widrigen Umwelt begründet sind, treten in der Praxis weitere betriebsbedingte Störquellen auf, Schmutz, Staub und Dämpfe; in offenen Bereichen kann sogar Nebel in die Melderstrecke ziehen.

Diese Störquellen kann man in vielen Objekten erwarten. Eine exakte Information erhält man durch das Installieren eines Testmelders und das Protokollieren des Melderverhaltens in der Praxis. Es stehen entsprechende Testausgänge zur Verfügung, die man mit Standard-Tools protokollieren kann.

Melder mit analogem Test-Spannungsausgang

Die oben beschriebenen Lichtstrahl-Rauchmelder „end to end“ verfügen über einen analogen Test-Spannungs-Ausgang. Die dort anliegende Spannung ist dem empfangenen Infrarotlicht direkt proportional. Eine Dämpfung des Lichtstrahls führt zu einem Spannungsabfall am Testausgang.

Ein Wochenprotokoll

Diese Kurve zeigt den Verlauf der Testspannung eines end-to-end Lichtschranken-Rauchmelders über mehrere Tage hinweg.

Die Alarmschwelle ist bei 35 % eingestellt. Das protokollierte Signal sank zu keiner Zeit bis zur Alarmschwelle. Zur Alarmgabe müßte das Signal ununterbrochen min. 10 Sekunden lang unter die rot eingezeichnete Alarmschwelle sinken.

Auffällig ist das Schwanken des Signals, es wiederholt sich rhythmisch von Tag zu Tag. Die Meßwerte wurden mit dem System „picolog“ aufgezeichnet und werden in einem PC zur Auswertung gespeichert. Das System „picolog“ besteht aus einem ein- oder mehr-kanaligen Meßadapter und einer Auswertungssoftware. Die Daten können im PC aufbereitet werden.

Ein Tagesverlauf

Die oben dargestellte Kurve ist hier für die Dauer eines Tages gespreizt:

Die rhythmische Tagesbewegung ist noch gut zu erkennen.

Die beiden Signalsprünge um ca. 2 Uhr und um ca. 6 Uhr zeigen je einen Regelsprung nach unten. Das empfangene Infrarotsignal wird stärker und die Testsignal-Kurve steigt damit an.

Die automatische Regelung kompensiert dies mit 2 Schritten nach unten.

Die Gegen-Regelungen um wieder zwei Schritte nach oben findet um ca. 13:15 und um ca. 14:45 Uhr statt. Das fallende Testsignal wird nach oben korrigiert.

Diese auf den ersten Blick hin „wilden“ Gebäudebewegungen werden von 2 Regelschritten kompensiert. In dem Melder stehen insgesamt 15 Regelschritte zur Verfügung.

Die Testspannungs-Kurve zeigt den typischen Verlauf bei leichten und rythmischen Gebäudebewegungen.

Die geringen Signalabweichungen werden von der automatischen Verstärkungsregelung kompensiert. Diese Regelung ist ursprünglich nur zum Ausgleich langsamer Verschmutzungen vorgesehen, wie man sieht, auch leichte Gebäudebewegungen lassen sich so kompensieren.

Ein ALARM-Ereignis

Die 3. Kurve stammt aus einem Hochregal-Lager. Dort kam es oft zu Störungen und Alarmen.

Im Tagesverlauf treten hier starke Signal-Schwankungen auf, die von der automatischen Nachregelung nicht kompensiert werden können.

Hier war der Sender des Melders auf der Thermo-Blechwand des Lagers montiert, der Empfänger gegenüber auf dem Mauerwerk. Die Bewegungen der Blechwand führten zum weiten Auswandern des Lichtkegels und der Empfänger wurde von diesem nicht mehr getroffen. Je nach der Weite des Auswanderns und der Geschwindigkeit dieser Bewegung mußte es Störungen oder Alarme geben.

Die Positionen von Sender und Empfänger wurden getauscht und damit war alles o.k..

Lichtstrahl-Rauchmelder mit digitaler Schnittstelle

Die kompakten Retro-Lichtschrankenmelder beinhalten Sender, Empfänger und die elekronischen Auswertungen in einem Gerät. Die Retromelder werden unter der Decke montiert und sind damit für die spätere Wartung und den Service nur schwer erreichbar. Sie verfügen über eine Schnittstelle (RS 485), über diese kann man die Melder fernauslesen.

Die Schnittstelle führt man über ein Kabel und einen Schnittstellen-Adapter an eine gut erreichbare Stelle. Dort ist es möglich, Daten des Melders auszulesen, abzuspeichern, aufzubereiten und zu drucken, ohne zur Decke klettern zu müssen.

Bildschirmanzeige

Auf dem Protokoll-Bildschirm werden neben der Parametrierung des Melders wesentliche aktuelle Informationen angezeigt.

Die weiterentwickelte Elektronik und Datentechnik ermöglicht es hier wesentliche mehr Informationen zu erfassen.

Rate, der Retro-Melder hat ein flexibles Nachregelungsverfahren.

Über ein Messintervall von 15 Minuten ermittelt der Melder in einem Messfenster die Änderungsrate des empfangenen Signals. Liegt der dabei gemessene Wert unter 7, führt die AGC (automatische Verstärkungsregelung) am Ende des 15-Min.-Fensters eine Nachregelung durch. Ist der Wert größer, wird eine Rauchdämpfung angenommen und es erfolgt keine Kompensation zum Ende dieses Mess-Intervalls. (Δ < 7 = Verschmutzung, Δ > 7 = Rauch)

Der VB-Wert entspricht der Testspannung des end-to-end Melders.

Es ist das Ausgangssignal des Empfängers im Melder, Anzeige kann Werte von 0% bis 140% annehmen, 100% ist der Sollwert.

Zum Protokollieren der Melderdaten speichert man diese Werte alle 5 Sekunden oder auch in längeren Intervallen in den „logdata“ Speicher. Wählt man lange Intervalle, so werden unter Umständen kurzzeitige Störimpulse oder Signalausschläge nicht bemerkt. Das ALARM-Kriterium muß ca. 10 Sekunden lang ununterbrochen anstehen, damit der Melder schaltet.

EXCEL-Tabelle und Testdiagramme

Die aufgenommenen Daten werden in einer EXCEL-Tabelle abgelegt und stehen dort zu weiteren Auswertungen zur Verfügung.

Die folgende Tabelle zeigt verschieden aufgezeichnete Meßwerte, den Verlauf des VB-Werts zeigt die eingefügte Tabelle.

Legende zur EXCEL-Tabelle:

Spalte A Uhrzeit

Spalte B Eingangssignal VB (normal ca. 100%) vom Empfänger an die Auswertung

Spalte C Sendeleistung VP, in HEX

Das VB-Signal des Retro-Melders entspricht der Testspannung in der Auswerteeinheit des end-to-end- Melders. Über die EXCEL-Funktionen erstellt man sich ein Diagramm mit dem VB-Wert, aufgetragen über die Zeit und erhält so den Signalverlauf der Lichtschranken-Strecke.

Die Spalte H zeigt den Status des Melders an, in der EINER-Stelle

0 = Normabetrieb

1 = Melder zeigt Alarm

2 = Melder zeigt Störung

Tagesprotokolle im Vergleich

In einem überdachten Busbahnhof sind Lichtschranken-Rauchmelder unter dem Dach installiert. Es sind keine Wände oder Tore vorhanden, die Melder sind nur durch das Dach vor den Wettereinflüssen geschützt. Es wurde ein Protokoll über mehrere Tage geschrieben. Hier die Diagramme von 3 aufeinander folgenden Tagen.

Sonntag, 05.12.

Der Verlauf des Signals VB, Testsignal am Ausgang des Empfängers schwankt um die 100 % herum.

Zwischen 2 und 12 Uhr ist der Signalverlauf etwas bewegter, liegt jedoch noch weit von der Alarm-Schwelle entfernt.

Montag, 06.12.

Zwischen 1 und 5 Uhr in der Nacht zeigt die Test-Spannung einige Sprünge, die nachfolgend näher untersucht werden.

Der weitere Verlauf während dieses Tages entspricht dem des Sonntags.

Dienstag, 07.12.

Der Tagesverlauf entspricht dem vom Sonntag.

Die Linie am unteren Ende stellt die Spalte H dar,

0 = Ruhe; 1 = Alarm; 2 = Störung

Der Melder hat weder Alarm noch Störung gemeldet.

Der Betrachtungs-Zeitraum von drei aufeinander folgenden Tagen ist zu kurz. Beobachtet man ein bis zwei Wochen, so erfaßt man in der Regel alle möglichen Betriebszustände wie Tag und Nacht, Werktag und Sonntag, gutes und schlechtes Wetter. Hier ist es offensichtlich, die Struktur der Bushalle ist massiv und die Melder-Achse wandert nicht aus.

Detail-Ansicht eines Ereignisses

Die Kurve vom Montag zeigte zwischen 1 und 5 Uhr nachts einige Bewegungen, die hier interpretiert werden sollen. Die Uhrzeit und die Länge dieser Schwankungen schließen eine bewußte Störung (Schabernack) aus.

Montag 06.12.; 1 bis 5 Uhr nachts

Der Kurvenverlauf läßt auf eine Dämpfung durch Nebel-Schwaden schließen.

Die Verstärkungsregelung arbeitet, typisch der Sprung 03:33 Uhr.

Ein Beschlagen oder Bereifen der Melderoptik ist konstant, das Signal springt nicht mit so steilen Flanken.

Das Signal sinkt max. gegen circa 75%, es bleibt damit weit von den Schwellen Alarm und Störung entfernt. Bei der Einstellung 50% Dämpfung zur Alarmgabe muß das Signal auf 25% sinken.

(Bei diesen Auswertungen muß zusätzlich die Dämpfung für den Hin- und Rückweg des Lichtstrahls beachtet werden, dies geschieht automatisch später in der Melder-Logik).

Bewertung der Aufzeichnungen

Während des Protokollierungs-Zeitraums konnte keine Störung und auch kein Alarm aufgezeichnet werden.

Prinzipiell können durch dichten Nebel Dämpfungen bis zur Alarmschwelle und weiter bis zur Störungsmeldung entstehen. Wenn so starker Nebel auftritt, dann sollte z.B. ein Voralarm erfolgen, der dann per Video verifiziert werden kann.

Prinzipiell sollten derart exponierte Melder beheizt werden, um bei Feuchtigkeit und Frost das Beschlagen der Optik zu verhindern.

Protokolle und Diagramme bei Meldern mit Stellmotoren

Der Melder verfügt über eine RS 485 Schnittstelle, diese wird gemeinsam mit der Versorgungsspannung über 4 Adern mit dem Bedienteil verbunden. Über diese Schnittstelle wird der Melder vom Bedienteil her in Betrieb genommen und stellt Betriebsdaten zum Auslesen zur Verfügung.

Die RS 485 Schnittstelle

Mit handelsüblichen Terminal-Programmen (auch kostenlose downloads aus dem internet) können diese Schnittstellen bearbeitet werden. Für die nachfolgenden Darstellungen wurde das Programm „Docklight“ genutzt.

Ein typisches Schnittstellen-Protokoll zeigt diese Abbildung, Docklight Log File (HEX)

Docklight Log File (HEX) - Started 08:37:30

08:37:30 [RX] - 00 A1 00 01 00 80 0A 71 00 71 02 00 00 00 00 7C 40 A1 88 00 00 00 00 9C 54

08:37:31 [RX] - 00 A1 00 01 00 80 0A 71 00 71 02 00 00 00 00 7C 40 A1 88 00 00 00 00 9C 54

08:37:33 [RX] - 00 A1 00 01 00 80 0A 71 00 71 02 00 00 00 00 7C 40 A1 88 00 00 00 00 9C 54

08:37:34 [RX] - 00 A1 00 01 00 80 0A 71 00 71 02 00 00 00 00 7C 40 A1 88 00 00 00 00 9C 54

08:37:35 [RX] - 00 A1 00 01 00 80 0A 71 00 71 02 00 00 00 00 7C 40 A1 88 00 00 00 00 9C 54

08:37:36 [RX] - 00 A1 00 01 00 80 0A 71 00 71 02 00 00 00 00 7C 40 A1 88 00 00 00 00 9C 54

08:37:37 [RX] - 00 A1 00 01 00 80 0A 71 00 71 02 00 00 00 00 7C 40 A1 88 00 00 00 00 9C 54

08:37:39 [RX] - 00 A1 00 01 00 80 0A 71 00 71 02 00 00 00 00 7C 40 A1 88 00 00 00 00 9C 54

08:37:40 [RX] - 00 A1 00 01 00 80 0A 71 00 71 02 00 00 00 00 7C 40 A1 88 00 00 00 00 9C 54

08:37:41 [RX] - 00 A1 00 01 00 80 0A 71 00 71 02 00 00 00 00 7C 40 A1 88 00 00 00 00 9C 54

08:37:42 [RX] - 00 A1 00 01 00 80 0A 71 00 71 02 00 00 00 00 7C 40 A1 88 00 00 00 00 9C 54

ALARM in Tabellen und Diagrammen

Datei:Uhrzeit.doc

Die wesentlichen Werte der HEX-Tabelle setzt man in eine EXCEL-Tabelle um.

In diesem Beispiel sind nur die Uhrzeit und der AQ-Wert (air quality) aufgeführt.

Der AQ-Wert ist die Stärke des aus dem Raum reflektierten Sender-Signals. Jede Dämpfung oder Verbesserung der Sichtverhältnisse zwischen dem Melder und seinem Reflektor ist sofort am AQ-Wert zu erkennen.

Der AQ-Wert beträgt nach der automatischen Inbetriebnahme ca. 100% und wird durch die Nachregelung immer bei diesem Wert 100% gehalten.

Die Variablen zum Nachregeln sind:

· Nachführen der X- Achse

· Nachführen der Y- Achse

· Anpassen der Senderleistung

· Anpassen der Empfängerverstärkung.

In der Tabelle erkennt man das zunächst langsame Absinken des AQ- Werts, dann fällt das Signal schnell ab.

Diese EXCEL Tabelle enthält die Daten für eine übersichtliche Darstellung der AQ-Werte im Zeitverlauf. Den Maßstab der Zeitachse wählt man zwischen ca. 1 bis ca. 5 Sekunden, denn dann kann man auch kurze Störimpulse zu erkennen.

Das ALARM-Zeitintervall beträgt min. 2 Sekunden, die Standardeinstellung ist 10 Sekunden.

Die obere ALARM-Schwelle ist parametrierbar, zwischen AQ = 75 % bis AQ = 50 % ,

die untere Alarmschwelle liegt bei 10% AQ.

Bei schnellen Dämpfungen ( < 1 Sekunde ) auf AQ unter 10% erfolgt die Störungsmeldung.

Die Zeit bis zur Alarmgabe kann in 1 Sekunden-Schritten eingestellt werden für Zeitintervalle von 2 bis 30 Sekunden.

Verlauf des AQ-Wertes bis zur ALARM-Auslösung und zum RESET

Detail, fallende Flanke des AQ-Werts

Obere Kurve: Der AQ-Wert (blau) verläuft bei fast 100%, etwas wechselnde Trübungen in der Luft zwischen Melder und seinem Reflektor führen zu dem leichten Flimmern.

Der Melder steht auf autoreset, nachdem der Rauch abgezogen ist setzt sich der Melder selbst zurück und ist wieder meldebereit.

Den gesetzten Alarmausgang des Melders zeigt die rote Kurve an, bei ca. 10% steht der Melder im ALARM, bei ca. 5% ist der Melder in Ruhe.

Untere Kurve: Der Melder war bei diesen Versuchen in ca. 18m Höhe installiert. Die untere Kurve zeigt den Verlauf des fallenden AQ-Wertes bei einer beginnenden Rauchdämpfung. Es waren diese Melder-Parameter eingestellt:

Alarmschwelle 50%, Alarmzeit 10 Sekunden.

Automatisches Zentrieren des Melders im laufenden Betrieb

Auf der Schnittstelle stellt der Melder diverse Daten zur Verfügung, z.B. den Verschmutzungs-grad-, die Alarm- und Störungs-Zählerstände usw..

Die Koordinaten X und Y beschreiben die Ausrichtung der Achse des Melder-Senderkegels.

Die Werte X und Y liegen ebenfalls auf der Schnittstelle.

Bei der Inbetriebnahme optimiert sich der Melder automatisch auf seinen Reflektor, der AQ-Wert soll 100 % betragen.

Variable sind :

· Die Ausrichtung des Melders in der X-Achse

· Die Ausrichtung des Melders in der Y-Achse

· Die Senderleistung

· Die Empfängerverstärkung

Das Diagramm zeigt den Verlauf des AQ-Wertes (blau) in Abhängigkeit der Änderung beim Ausrichten des Melders in der X-Achse (rot).

Die blaue Kurve zeigt den AQ-Wert

Die rote Kurve zeigt die Änderung in der Ausrichtung der X-Achse, beim waagerechten Verlauf der X-Kurve wird die X-Koordinate nicht geändert.

Der AQ-Wert verändert sich deutlich bei Änderungen der X-Koordinate des Melders.

Verläuft die X-Achse waagerecht, dann bleibt die X-Ausrichtung konstant,

der Melder ändert während dieser Zeit eine der 3 anderen Variablen, die Y-Ausrichtung oder die Senderleistung oder die Empfängerverstärkung. Diese Veränderungen beeinflussen den AQ-Wert ebenfalls.

Bei der Erstinbetriebnahme verläuft dieses automatische Iterationsverfahren mit den vier Variablen, X-Achse, Y-Achse, Senderleistung und Empfängerverstärkung.

Bei dem automatischen Nachführen der Melderachse als Reaktion auf Gebäudebewegungen werden nur die Melderachsen neu optimiert.

Bei einer langsamen Verschmutzung bzw. geringen Sicht-Trübung oder Sicht-Verbesserung werden nur die Senderleistung und die Empfängerverstärkung variiert.

Lineare Rauchmelder: Zusammenfassung und Perspektiven

Die linearen Rauchmelder haben sich in den vergangenen Jahren im Markt etabliert.

Es werden mit diesen Rauchmeldern:

· Große Flächen zuverlässig überwacht, Montage und Service sind kostengünstig.

· Verdeckt eingebaute Melder überwachen unsichtbar im Denkmalbereich.

· Bei nassen Umgebungen arbeiten die NANO-geschützten Retro-Rauchmelder.

· Gekapselte (ATEX) Lineare Rauchmelder überwachen in Ex-Bereichen.

Das Meldeprinzip der Lichtschranke ist einfach, zuverlässig und selbstüberwachend. Für Montage und Service stehen Mess- und Einstellwerkzeuge zur Verfügung. Es kann gemessen, bewertet und protokolliert werden. Die linearen optischen Rauchmelder sind, installiert durch Fachunternehmen, ein wirkungsvolles Werkzeug im vorbeugenden Brandschutz.

In der Zukunft wird es noch weitere Einsatzfelder für die Lichtschranken-Rauchmelder geben, in all den Bereichen, wo es naß, kalt und staubig ist. Gegen diese Umweltbedingungen sind die Melder vom Lichtschranken-Prinzip her gut geschützt. Mit Heizungen und NANO-Beschichtungen der Optiken sind die Melder auch bei widrigen Bedingungen zuverlässig und sicher.

Die Industriebauten werden größer und höher, die Rauchdetektion damit immer komplexer und die traditionellen Vorschriften sind in vielen Objekten kaum mehr anwendbar.

In der Zukunft wird man die Funktion der Brandmeldeanlagen im Vorfeld in Modelversuchen untersuchen und später tintensiver testen und ihre Funktion mit Rauchversuchen in der Praxis nachweisen und dokumentieren. Diese Entwicklungen werden in die neuen Vorschriften

(VDE 0833) einfließen.

Im Denkmalschutz kann man auf den Einsatz der linearen Lichtstrahl-Rauchmelder nicht mehr verzichten, denn kein anderes Detektions-System überwacht so große Flächen zuverlässig und unsichtbar mit einem so geringen Kostenaufwand für Anschaffung und Betrieb.

Auch kleinste historische Räume lassen sich durch verdeckt eingebaute Lineare Rauchmelder zuverlässig üerwachen!

Für die Zukunft sehen wir weitere Potentiale. Im Fokus der Entwicklungs-Abteilungen stehen die Ziele, Optimieren von Montage- und Serviceaufwand, das Steigern der Melderleistung und das Steigern der Zuverlässigkeit.

Die neuesten Melder sind synchronisierte Retro-Lichtstrahlmelder. Es können bis zu

6 Melder gleichgerichtet -auf engstem Raum-, parallel betrieben werden. Dank der Synchronisation kommt es dabei nicht mehr zu Interferenzen zwischen den einzelnen Meldern.

Es können einzelne Objekte in ein enges Überwachungsnetz aus Linearen Rauchmeldern eingehüllt werden. Die Synchron-Melder überwachen engmaschig Öffnungen, in waagerechten bis senkrechten Lagen, z. B. Schächte, Lichthöfe und Bühnen.