DE102024120628B3 - Early fire detection based on VOC concentration and passenger cabin for a passenger aircraft - Google Patents
Early fire detection based on VOC concentration and passenger cabin for a passenger aircraftInfo
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Abstract
Eine Brandmeldeanlage (20), mit einer Mehrzahl von Sensormodulen (22) mit Energiemodul (28) für Betriebsenergie, VOC-Sensor (34), der ein Sensorsignal (36) für eine VOC-Konzentration (38) liefert, Auswertemodul (30), um Sensordaten (46) zu liefern, und Kommunikationsmodul (32), um diese an ein Zentralmodul (24) zu übermitteln, enthält die Zentralmodule (24) zur Ermittlung und Bereitstellung von Brandkennwerten (48) auf Basis der VOC-Konzentrationen (38) in den Sensordaten (46).
Eine Passagierkabine (4) für ein Passagierflugzeug (2) enthält die Brandmeldeanlage (20) und Staufächer (12) mit den Sensormodulen (22).
Bei einem Verfahren zur Überwachung eines Objekts (120) auf Brände mit der Brandmeldeanlage (20) werden die Sensormodule (22) dort angebracht, das Energiemodul (28) liefert die Betriebsenergie und der VOC-Sensor (34) das Sensorsignal (36), das Auswertemodul (30) vorverarbeitet dieses zu Sensordaten (46), das Kommunikationsmodul (32) übermittelt diese an das Zentralmodul (24), dieses ermittelt anhand der Sensordaten (46) und VOC-Konzentrationen (38) die Brandkennwerte (48) stellt diese bereit, und das Objekt (120) wird anhand der Brandkennwerte (48) auf Brände hin überwacht.
A fire alarm system (20) comprising a plurality of sensor modules (22) with an energy module (28) for operating energy, a VOC sensor (34) which supplies a sensor signal (36) for a VOC concentration (38), an evaluation module (30) for supplying sensor data (46), and a communication module (32) for transmitting these to a central module (24), contains the central modules (24) for determining and providing fire characteristic values (48) on the basis of the VOC concentrations (38) in the sensor data (46).
A passenger cabin (4) for a passenger aircraft (2) contains the fire alarm system (20) and storage compartments (12) with the sensor modules (22).
In a method for monitoring an object (120) for fires using the fire alarm system (20), the sensor modules (22) are mounted there, the energy module (28) supplies the operating energy and the VOC sensor (34) the sensor signal (36), the evaluation module (30) pre-processes this into sensor data (46), the communication module (32) transmits this to the central module (24), the central module determines the fire characteristic values (48) based on the sensor data (46) and VOC concentrations (38) and provides these, and the object (120) is monitored for fires based on the fire characteristic values (48).
Description
Die Erfindung betrifft die Überwachung eines Objekts auf einen Brand hin mit Hilfe einer Brandmeldeanlage.The invention relates to the monitoring of an object for fire using a fire alarm system.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verbesserungen in Bezug auf die Überwachung eines Objekts auf einen Brand hin mit Hilfe einer Brandmeldeanlage vorzuschlagen.The object of the present invention is to propose improvements with regard to the monitoring of an object for a fire by means of a fire alarm system.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Brandmeldeanlage gemäß Patentanspruch 1. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.The object is achieved by a fire alarm system according to patent claim 1. Preferred or advantageous embodiments of the invention and other categories of invention emerge from the further claims, the following description and the attached figures.
Die Brandmeldeanlage dient bzw. ist eingerichtet zur Überwachung eines Objekts auf Brände hin. Die Brandmeldeanlage enthält eine Mehrzahl von Sensormodulen. Jedes der Sensormodule enthält ein Energiemodul, einen VOC-Sensor, ein Auswertemodul und ein Kommunikationsmodul.The fire alarm system is designed to monitor a building for fires. The fire alarm system contains several sensor modules. Each sensor module contains an energy module, a VOC sensor, an evaluation module, and a communication module.
Das Energiemodul ist dazu eingerichtet, Energie für den Betrieb des Sensormoduls bereitzustellen bzw. zu liefern.The energy module is designed to provide or supply energy for the operation of the sensor module.
Der VOC-Sensor ist dazu eingerichtet, im Betrieb der Brandmeldeanlage bzw. des Sensormoduls ein Sensorsignal bereitzustellen bzw. zu liefern. Das Sensorsignal ist mit einer aktuellen VOC-Konzentration (Volatile Organic Compounds, flüchtige organische bzw. Kohlenstoff-Verbindungen) am Ort des Sensormoduls korreliert. Damit ist auch die VOC-Konzentration in einer Umgebung des Sensormoduls erfasst, von der angenommen werden kann, dass sich dort ein jeweiliges Konzentrationsgleichgewicht ausreichend genau einstellt. Dies gilt z.B. dann, wenn sich das Sensormodul in einem vergleichsweise kleinen Raum, z.B. einem Stau- / Gepäckfach eines Passagierflugzeuges, befindet. Die Konzentration wir dann stets im gesamten (freien Luft-)Raum des Staufaches als gleich angenommen.The VOC sensor is designed to provide or deliver a sensor signal during operation of the fire alarm system or sensor module. The sensor signal is correlated with a current VOC concentration (volatile organic compounds, volatile organic or carbon compounds) at the location of the sensor module. This also records the VOC concentration in an area surrounding the sensor module where a concentration equilibrium can be assumed to be established with sufficient accuracy. This applies, for example, if the sensor module is located in a relatively small space, such as a storage or baggage compartment of a passenger aircraft. The concentration is then always assumed to be the same throughout the entire (free air) space of the storage compartment.
Das Auswertemodul ist dazu eingerichtet, das Sensorsignal zu Sensordaten hin zumindest vorzuverarbeiten, wobei die Sensordaten mit den vom VOC-Sensor gemessenen VOC-Konzentrationen (aktuelle und/oder historische, je nach Vorverarbeitung) korreliert sind.The evaluation module is configured to at least pre-process the sensor signal into sensor data, whereby the sensor data are correlated with the VOC concentrations measured by the VOC sensor (current and/or historical, depending on the pre-processing).
Das Kommunikationsmodul ist dazu eingerichtet, wenigstens die Sensordaten an Zentralmodule zu übermitteln. „Wenigstens zu übermitteln“ ist so zu verstehen, dass optional auch andere Daten übermittelt werden und/oder optional auch vom Zentralmodul übermittelte Daten empfangen werden. Insbesondere ist das Kommunikationsmodul zur drahtlosen Kommunikation eingerichtet. Es arbeitet bzw. kommuniziert dann insbesondere über BTLE (Bluetooth low energy), WiFi (Wireless Fidelity) oder ähnliches. Insbesondere überträgt das Kommunikationsmodul auch Steuerbefehle vom Zentralmodul an die Sensormodule. Insbesondere werden über diese Kommunikation auch Gerätezustände, Fehlermeldungen usw. kommuniziert.The communication module is configured to transmit at least the sensor data to central modules. “At least to transmit” is to be understood as optionally transmitting other data and/or optionally receiving data transmitted by the central module. In particular, the communication module is configured for wireless communication. It operates and communicates in particular via BTLE (Blue Tooth Low Energy), WiFi (Wireless Fidelity), or similar. In particular, the communication module also transmits control commands from the central module to the sensor modules. In particular, device statuses, error messages, etc., are also communicated via this communication.
Die Brandmeldeanlage enthält außerdem das wenigstens eine Zentralmodul. Diese sind dazu eingerichtet, anhand der empfangenen Sensordaten, basierend auf den damit korrelierten VOC-Konzentrationen, welche von Sensormodulen geliefert wurden, einen Brandkennwert für eine jeweilige Umgebung des jeweiligen Sensormoduls zu ermitteln und bereitzustellen.The fire alarm system also includes at least one central module. These modules are configured to determine and provide a fire characteristic value for a particular environment of the respective sensor module based on the received sensor data and the correlated VOC concentrations provided by the sensor modules.
Insbesondere bedient sich das Auswertemodul und / oder das Zentralmodul Methoden der KI (künstliche Intelligenz) bei der (Vor-)Verarbeitung der Sensorsignale / Sensordaten.In particular, the evaluation module and/or the central module uses AI (artificial intelligence) methods for the (pre-)processing of the sensor signals/sensor data.
Im Gegensatz zur Detektion von Rauch auf Partikelbasis oder Feuer auf optischer Basis erlaubt die Überwachung der VOC-Konzentration eine sehr frühzeitige Erkennung von Situationen im Umfeld von Bränden. Die VOC-Konzentration steigt z.B., wenn elektrische Bauteile / Batterien etc. in einem elektrischen Gerät stark erhitzt / überhitzt werden, ohne dass bisher ein Brand / Rauch entstanden ist. Die Bauteile und umgebende Komponenten (Kunststoffe, Lacke, ...) setzen die VOCs frei. Dank der Brandmeldeanlage ist daher bereits auch vor Ausbruch eines eigentlichen Brandes möglich, anhand der VOCs solche Situationen zu erkennen, die potentiell zukünftig (weitere Erhitzung) in einem Brand münden könnten. So kann selbst ein potentieller Brand oder eine Brandgefahr detektiert und entsprechend reagiert werden.In contrast to particle-based smoke detection or optical-based fire detection, VOC concentration monitoring allows for very early detection of situations surrounding fires. VOC concentrations rise, for example, when electrical components/batteries, etc., in an electrical device become significantly heated/overheated without a fire/smoke having yet developed. The components and surrounding components (plastics, paints, etc.) release VOCs. Thanks to the fire alarm system, it is therefore possible to detect situations that could potentially lead to a fire in the future (with further heating) based on VOCs, even before a fire breaks out. This allows even a potential fire or fire hazard to be detected, and appropriate action can be taken.
Der Brandkennwert ist im einfachsten Fall zum Beispiel ein digitaler Ja- / Nein-Wert, ob z.B. eine Erhitzung / ein potentiell entstehender Brand erkannt ist (VOC-Konzentration über einem Schwellwert) oder nicht (unter dem Schwellwert).In the simplest case, the fire characteristic value is, for example, a digital yes/no value, whether, for example, heating/a potentially developing fire is detected (VOC concentration above a threshold) or not (below the threshold).
Insbesondere kann, bei Erkennung eines potentiellen oder tatsächlichen Brandes („Ja-Wert“) stiller Alarm ausgelöst werden, sodass zum Beispiel Fachpersonal zur Brandverhütung / Brandbekämpfung, nicht jedoch andere Personen, zum Beispiel Passagiere / Kunden usw. über den Alarm informiert werden. So kann beispielsweise ein Brand noch verhindert oder frühzeitig bekämpft werden, ohne Panik auszulösen.In particular, upon detection of a potential or actual fire ("Yes value"), a silent alarm can be triggered, so that, for example, fire prevention/firefighting personnel are notified of the alarm, but not other persons, such as passengers/customers, etc. This way, a fire can be prevented or extinguished early without causing panic.
Die Brandmeldeanlage erlaubt daher die Überwachung eines mit der Brandmeldeanlage ausgerüsteten Objekt auf einen Brand hin. Die Überwachung „auf den Brand hin“ sogar in dem Sinne, dass als „Brand“ bereits eine „Brandgefahr“, also ein bisher nur drohender Brand, überwacht werden kann. Der Begriff „Brand“ ist hier also weit auch im Sinne einer „Brandgefahr“ zu verstehen, bei der noch kein eigentlicher Brand vorherrscht, dieser aber realistischer Weise drohen könnte.The fire alarm system therefore allows a building equipped with the system to be monitored for fire. "Fire monitoring" even means that a "fire hazard"—that is, a fire that has previously only been imminent—can be monitored as a "fire." The term "fire" is therefore to be broadly understood here, including a "fire hazard" where no actual fire is yet present, but where one could realistically occur.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Sensormodul ein Erfassungselement für eine aktuelle Temperatur am Ort des Sensormoduls. Alternativ oder zusätzlich enthält es ein Erfassungselement für einen aktuellen Druck am Ort des Sensormoduls. Alternativ oder zusätzlich enthält es ein Erfassungselement für ein aktuelles Volumen eines mithilfe des Sensormoduls zu sensierenden Raumes, in oder an dem das Sensormodul - die VOC-Konzentration im Raum erfassend - im Betrieb installiert ist.In a preferred embodiment, the sensor module contains a sensing element for a current temperature at the location of the sensor module. Alternatively or additionally, it contains a sensing element for a current pressure at the location of the sensor module. Alternatively or additionally, it contains a sensing element for a current volume of a space to be sensed using the sensor module, in or on which the sensor module—sensing the VOC concentration in the space—is installed during operation.
Das „Erfassungselement“ ist hier weit zu verstehen und kann ein Sensorelement sein, welches die entsprechenden Größen sensorisch bzw. durch Messungen erfasst. Es kann sich jedoch auch um ein Eingabeelement / -schnittstelle handeln, an dem zum Beispiel ein Raumvolumen entsprechender Größe eingegeben bzw. programmiert werden kann. Das Volumen des Raumes kann zum Beispiel dessen wie Leervolumen sein, jedoch kann auch ein entsprechend aktuelles freies (also nicht von Gegenständen eingenommenes / umschlossenes) Luftraum-Volumen angesprochen sein, zum Beispiel, wenn sich das freie Luftraumvolumen im Raum durch Einlagern von Objekten in dem Raum ändert. Beispielhaft sei ein Staufach in einer Passagierkabine eines Passagierflugzeuges genannt, welches einen Leerraum aufweist. Der freie Luftraum im Volumen ändert sich jedoch je nach Volumen von eingebrachten Gepäckstücken / Kleidung usw.The "detection element" is to be understood broadly here and can be a sensor element that detects the relevant quantities using sensors or measurements. However, it can also be an input element/interface where, for example, a spatial volume of a corresponding size can be entered or programmed. The volume of the space can, for example, be empty volume, but a correspondingly current free airspace volume (i.e., not occupied or enclosed by objects) can also be addressed, for example, if the free airspace volume in the room changes due to objects being stored in the room. An example would be a storage compartment in the passenger cabin of a passenger aircraft, which has an empty space. However, the free airspace in the volume changes depending on the volume of luggage/clothing, etc. brought in.
Durch entsprechende Erfassung und anschließende Verarbeitung von Temperatur, Druck und Volumen in der Brandmeldeanlage bei der Ermittlung des Brandkennwertes kann die Genauigkeit der Brandmeldeanlage hinsichtlich der Ermittlung des Brandkennwertes verbessert werden.By appropriately recording and subsequently processing temperature, pressure and volume in the fire alarm system when determining the fire characteristic value, the accuracy of the fire alarm system with regard to determining the fire characteristic value can be improved.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Brandkennwert mit einem Zeitverlauf, also zeitlichen Verlauf, insbesondere Anstieg, der VOC-Konzentration korreliert. Mit anderen Worten wird über der Zeit erfasst, welchen Verlauf die VOC-Konzentration einnimmt. Insbesondere ist ein steiler / plötzlicher Anstieg von VOC-Konzentrationen einen Hinweis auf eine plötzliche Erwärmung / Erhitzung und damit vermutlich einen technischen Defekt in einem elektrischen Gerät. Z.B. kann sich ein Defekt eines elektrischen Bauteils in dessen Erhitzung manifestieren, was in der Zukunft - bei weiterer Erhitzung - zu einem Brand führen könnte. Bereits die Erhitzung von Materialien / Elektronik usw. kann jedoch anhand des Anstiegs der VOC-Konzentration erfasst werden und so ein entsprechender Brandkennwert erzeugt und damit eine Entstehung eines Brandes gegebenenfalls sogar noch verhindert werden bzw. ein Brand sehr früh erkannt werden.In a preferred embodiment, the fire characteristic is correlated with a time course, i.e., a temporal course, in particular an increase, of the VOC concentration. In other words, the course of the VOC concentration is recorded over time. In particular, a steep/sudden increase in VOC concentrations is an indication of sudden warming/heating and thus presumably a technical defect in an electrical device. For example, a defect in an electrical component can manifest itself in its heating, which could lead to a fire in the future—if it continues to heat up. However, even the heating of materials/electronics, etc., can be detected based on the increase in VOC concentration. and thus a corresponding fire characteristic value is generated and thus the outbreak of a fire can be prevented or a fire can be detected very early.
Ein entsprechender Zeitverlauf des Anstiegs ist eine besonders aussagekräftige Größe, um aussagekräftige Brandkennwerte ermitteln zu können.A corresponding time course of the increase is a particularly meaningful value for determining meaningful fire characteristics.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Energiemodul einen Anschluss für eine Energie-Versorgungsleitung. Alternativ oder zusätzlich enthält es eine Batterie. Alternativ oder zusätzlich enthält es ein Energy-Harvesting-Modul. Die Batterie ist insbesondere eine wiederaufladbare Batterie / Akkumulator. Das Energy-Harvesting-Modul wird insbesondere in Verbindung mit einer Batterie vorgesehen, um deren Entleerung zu entlasten oder gegebenenfalls eine wiederaufladbare Batterie sogar wiederaufzuladen. Ein Energy-Harvesting-Modul enthält beispielsweise mechanische Piezo-Generatoren, Solarzellen, Peltier-Elemente oder sonstige fachübliche Mittel zur Energiegewinnung aus der Umwelt / Umgebung, die also „Ernten“ von Energie aus der Umgebung genutzt werden.In a preferred embodiment, the energy module contains a connection for a power supply line. Alternatively or additionally, it contains a battery. Alternatively or additionally, it contains an energy harvesting module. The battery is, in particular, a rechargeable battery/accumulator. The energy harvesting module is provided, in particular, in conjunction with a battery to relieve the burden of its discharge or, if necessary, even to recharge a rechargeable battery. An energy harvesting module contains, for example, mechanical piezo generators, solar cells, Peltier elements, or other conventional means for generating energy from the environment/surroundings, i.e., which are used to "harvest" energy from the environment.
In Bezug auf diese Ausführungsform ist das Zentralmodul und / oder das Auswertemodul beispielsweise auch dazu eingerichtet, den aktuellen Ladezustand einer Batterie oder den Zustand des Energy-Harvesting-Moduls zu ermitteln und auszutauschen usw.With regard to this embodiment, the central module and/or the evaluation module is also configured, for example, to determine and exchange the current charge state of a battery or the state of the energy harvesting module, etc.
Jede der Optionen Versorgungsleitung, Batterie und Energy-Harvesting zur Versorgung des Sensormoduls mit Energie hat fachübliche Vor- und Nachteile, sodass je nach Anwendungsfall eine möglichst günstige Energieversorgung gewählt werden kann.Each of the options - supply line, battery and energy harvesting - for supplying the sensor module with energy has typical advantages and disadvantages, so that the most cost-effective energy supply can be selected depending on the application.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Zentralmodul ein Einbaumodul, z.B. eine Netzwerkkarte, für ein Hauptrechnersystem eines mit der Brandmeldeanlage zu überwachenden Objekts. Das Zentralmodul enthält auch eine Teilimplementierung für das bzw. des Hauptrechnersystems. Das Hauptrechnersystem ist z.B. ein Bordrechner einer Passagierkabine in einem Passagierflugzeug. Mit anderen Worten ist das Zentralmodul verteilt aufgebaut: Einerseits mit dem physikalischen / realen Einbaumodul und andererseits mit der programmtechnischen Teilimplementierung für das Hauptrechnersystem. Die Teilimplementierung ist beispielsweise eine Software-Umsetzung der von dem Zentralmodul durchzuführenden Tätigkeiten. Das Einbaumodul ist die entsprechende Hardwarekomponente, um die Brandmeldeanlage mit dem Hauptrechnersystem dinglich zu verbinden.In a preferred embodiment, the central module contains a built-in module, e.g., a network card, for a main computer system of a property to be monitored by the fire alarm system. The central module also contains a partial implementation for the main computer system. The main computer system is, for example, an on-board computer in a passenger cabin in a passenger aircraft. In other words, the central module has a distributed structure: on the one hand, with the physical/real built-in module, and on the other hand, with the programmatic partial implementation for the main computer system. The partial implementation is, for example, a software implementation of the activities to be performed by the central module. The built-in module is the corresponding hardware component for physically connecting the fire alarm system to the main computer system.
So kann die Brandmeldeanlage einfach in ein zu überwachendes Objekt integriert werden.This means the fire alarm system can be easily integrated into an object to be monitored.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Zentralmodul und / oder das Auswertemodul einen Neuralbeschleuniger. Somit werden diese Module zu besonders hoher Rechenleistung bzw. Verarbeitungsleistung, insbesondere für zur Ermittlung des Brandkennwertes verwendeten Kl-Methoden, ertüchtigt.In a preferred embodiment, the central module and/or the evaluation module contain a neural accelerator. This enables these modules to achieve particularly high computing or processing power, particularly for the K1 methods used to determine the fire index.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Sensormodul einen Messraum, welcher mit wenigstens einer zur Umgebung des Sensormoduls hin durchgängigen Öffnung versehen ist. Der VOC-Sensor ist an dem Messraum (also so, dass er die VOC-Konzentration im Messraum erfassen kann) angeordnet. Gegebenenfalls sind auch die oben genannten Sensoren für Druck / Temperatur / Volumen usw. in / an dem Messraum angeordnet. Somit können VOCs, die in Gasform vorliegen, von der Umgebung des Sensormoduls in den Messraum gelangen und dort durch den VOC-Sensor erfasst werden Dies gilt sinngemäß auch für andere Sensorik. Die Sensorik ist so im Messraum geschützt und dennoch für zu messende Stoffe / Größen von außen, also der Umgebung her, zugänglich.In a preferred embodiment, the sensor module contains a measuring chamber which is provided with at least one opening leading to the environment of the sensor module. The VOC sensor is arranged in the measuring chamber (i.e. in such a way that it can detect the VOC concentration in the measuring chamber). If necessary, the above-mentioned sensors for pressure/temperature/volume, etc. are also arranged in/on the measuring chamber. This allows VOCs which are present in gaseous form to pass from the environment of the sensor module into the measuring chamber and be detected there by the VOC sensor. This also applies analogously to other sensors. The sensors are thus protected in the measuring chamber and yet are accessible from outside, i.e. from the environment, for the substances/quantities to be measured.
Gemäß der Erfindung enthält die Brandmeldeanlage wenigstens einen Spreizdübel, der sich entlang einer Zentralachse erstreckt. Dieser ist zur Befestigung wenigstens eines der Sensormodule in einer Durchbrechung einer Wandung eingerichtet. Eine entsprechende Wandung ist zum Beispiel die Wandung eines Staufaches, in bzw. an dem das Sensormodul zu befestigen ist, um in diesem die VOC-Konzentration zu ermitteln. Die Durchbrechung kann dann zum Zweck der Montage des Sensormoduls in die Wandung eingebracht werden.According to the invention, the fire alarm system contains at least one expansion anchor extending along a central axis. This anchor is designed to secure at least one of the sensor modules in an opening in a wall. A suitable wall is, for example, the wall of a storage compartment in or on which the sensor module is to be attached in order to determine the VOC concentration therein. The opening can then be inserted into the wall for the purpose of mounting the sensor module.
Der Spreizdübel ist in die Durchbrechung einführbar. Das Sensormodul ist als Kern für den Spreizdübel ausgebildet, kann also in der Durchbrechung wiederum im Spreizdübel und mit diesem in der Durchbrechung befestigt werden. Hierzu ist das Sensormodul bzw. der Kern entlang der Zentralachse in den Spreizdübel einführbar und in diesem fixierbar. Beispielsweise weisen Spreizdübel und Kern korrespondierende Gewinde auf und sind miteinander verschraubbar. Insbesondere ist der Kern aus dem Spreizdübel bei Bedarf auch wieder lösbar, um zum Beispiel Sensormodule zu warten (Batterietausch, Aufladen der Energiespeicher) oder auszutauschen (Defekt und Ersatz durch ein Ersatzmodul). Die Sensormodule und somit die Sensorik der Brandmeldeanlage sind so besonders einfach in Durchbrechungen bzw. Wandungen befestigbar.The expansion anchor can be inserted into the opening. The sensor module is designed as a core for the expansion anchor, meaning it can be secured in the opening in the expansion anchor and then in the opening. For this purpose, the sensor module or core can be inserted into the expansion anchor along its central axis and secured there. For example, the expansion anchor and core have corresponding threads and can be screwed together. In particular, the core can be removed from the expansion anchor if necessary, for example to service sensor modules (replace batteries, recharge the energy storage devices) or replace them (defects and replacement with a replacement module). The sensor modules and thus the sensors of the fire alarm system can be attached particularly easily in openings or walls.
Entsprechende Durchbrechungen können zum Beispiel in einem einfachen Arbeitsschritt in Wandungen eingebracht werden, um diese auf einfache und kostengünstige Weise zur Befestigung der Brandmeldeanlage bzw. der Sensormodule zu ertüchtigen.Corresponding openings can be made in a simple step, for example, in Walls are installed in order to make them suitable for mounting the fire alarm system or the sensor modules in a simple and cost-effective manner.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform enthält der Spreizdübel ein Auflageelement für die Wandung und ein Gewindeteil und wenigstens eine Spreizlasche, welche jeweils das Auflageelement und das Gewindeteil miteinander verbinden. Die Spreizlasche ist irreversibel bzw. plastisch verformbar, um durch die Verformung die Wandung zu hintergreifen. Wahlweise ist der Kern oder ein Spreizwerkzeug in das Gewindeteil einschraubbar. Die Spreizlasche ist durch bzw. mithilfe des eingeschraubten Spreizwerkzeugs (dauerhaft) verformbar.In a preferred variant of this embodiment, the expansion anchor contains a support element for the wall and a threaded part, as well as at least one expansion tab, which connect the support element and the threaded part to each other. The expansion tab is irreversibly or plastically deformable in order to engage behind the wall through the deformation. Either the core or an expansion tool can be screwed into the threaded part. The expansion tab can be (permanently) deformed by or with the aid of the screwed-in expansion tool.
Auflageelement und Spreizlaschen stützen sich nach der Verformung an gegenüberliegenden Seiten der Wandung ab, um den Spreizdübel an der Wandung in der Durchbrechung zu fixieren. Mit anderen Worten verpresst der Spreizdübel die Wandung zwischen Auflageelement und Spreizlaschen.After deformation, the support element and expansion tabs rest on opposite sides of the wall to secure the expansion anchor to the wall in the opening. In other words, the expansion anchor compresses the wall between the support element and expansion tabs.
Das Sensormodul bzw. der insbesondere stabförmige Kern ist zumindest mit einem schraubenartigen Abschnitt ausgebildet, um im Gewindeteil verschraubt zu werden und dadurch - gegebenenfalls lösbar - fixiert zu werden.The sensor module or the particularly rod-shaped core is designed with at least one screw-like section in order to be screwed into the threaded part and thereby fixed - if necessary releasably.
Auch diese Ausführungsform führt zu einer besonders einfachen Möglichkeit, die Spreizdübel in der Wandung bzw. Öffnung zu befestigen. Das Gewindeteil erfüllt hierbei eine synergetische Doppelfunktion: zum einen als Eingreifpunkt für das Spreizwerkzeug, zum andern zur Befestigung des Sensormoduls in dem Spreizdübel.This design also provides a particularly simple way to secure the expansion anchors in the wall or opening. The threaded part fulfills a synergistic dual function: firstly, as an engagement point for the expansion tool, and secondly, for securing the sensor module in the expansion anchor.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch eine Passagierkabine gemäß Patentanspruch 9. Die Passagierkabine ist eine solche für ein Passagierflugzeug bzw. eines Passagierflugzeuges. Die Passagierkabine enthält mehrere Staufächer und die oben genannte Brandmeldeanlage. Die Passagierkabine bzw. deren Staufächer sind das / die von der Brandmeldeanlage zu überwachenden Objekte. In jedem der Staufächer ist wenigstens eines der Sensormodule angeordnet, um die VOC-Konzentration in einem jeweiligen Staufach erfassen zu können.The object of the invention is also achieved by a passenger cabin according to patent claim 9. The passenger cabin is one for a passenger aircraft or a passenger plane. The passenger cabin contains several storage compartments and the aforementioned fire alarm system. The passenger cabin or its storage compartments are the object(s) to be monitored by the fire alarm system. At least one of the sensor modules is arranged in each of the storage compartments in order to be able to detect the VOC concentration in a respective storage compartment.
Die Passagierkabine ist durch die Brandmeldeanlage besonders gut geschützt, indem bereits potentiell entstehende Brände bzw. möglicherweise / potentiell zu einem Brand führende Gefahren (Erhitzung) in Staufächern detektiert werden können, gegebenenfalls bevor tatsächlich ein Brand ausbricht.The passenger cabin is particularly well protected by the fire alarm system, as potential fires or hazards that could potentially lead to a fire (heating) in storage compartments can be detected, if necessary before a fire actually breaks out.
Die Passagierkabine und zumindest ein Teil deren möglicher Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brandmeldeanlage erläutert. Insbesondere bilden also die oben im Zusammenhang mit der Brandmeldeanlage genannten bevorzugten Ausführungsformen auch bevorzugte Ausführungsformen der Passagierkabine.The passenger cabin and at least some of its possible embodiments, as well as the respective advantages, have already been explained in connection with the fire alarm system according to the invention. In particular, the preferred embodiments mentioned above in connection with the fire alarm system also constitute preferred embodiments of the passenger cabin.
Gemäß der Erfindung ist in der Passagierkabine eine Brandmeldeanlage in der obigen Ausführungsform mit Spreizdübel vorgesehen. Für wenigstens eines der Staufächer ist dann die Innenwand dieses Staufaches die Wandung, welche oben in Bezug auf die Spreizdübel angesprochen ist. Das Sensormodul ist mithilfe des Spreizdübels als dessen Kern in der Innenwand befestigt. „Innenwand“ ist eine innere Wand des Staufaches, welche nicht der Passagierkabine, sondern dem Innenraum des Staufaches zugewandt ist. Insbesondere ist dies eine in der Passagierkabine fest installierte Wandung, also zum Beispiel nicht eine Klappe oder ein Schwenkteil des Staufaches, sondern dessen in der Kabine feststehender Grundkörper. Die Innenwand ist somit in der Regel unbeweglich in der Kabine, weshalb sie sich zur Montage der Sensormodule besonders gut eignet.According to the invention, a fire alarm system in the above embodiment with expansion dowels is provided in the passenger cabin. For at least one of the storage compartments, the inner wall of this storage compartment is then the wall mentioned above with regard to the expansion dowels. The sensor module is fastened in the inner wall using the expansion dowel as its core. "Inner wall" is an inner wall of the storage compartment that does not face the passenger cabin, but rather the interior of the storage compartment. In particular, this is a wall that is permanently installed in the passenger cabin, for example not a flap or a pivoting part of the storage compartment, but rather its base body that is fixed in the cabin. The inner wall is therefore generally immobile in the cabin, which is why it is particularly well suited for mounting the sensor modules.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 10. Das Verfahren dient bzw. ist eingerichtet zur Überwachung eines Objekts mithilfe der erfindungsgemäßen Brandmeldeanlage auf Brände hin. Dies ist hier - wie oben erläutert - weit zu verstehen und schließt die Überwachung auf Brandursachen, also potentielle Brände, wie z.B. starke Erhitzung, ein.The object of the invention is also achieved by a method according to patent claim 10. The method serves or is configured to monitor a property for fires using the fire alarm system according to the invention. This is to be understood broadly here - as explained above - and includes monitoring for fire causes, i.e., potential fires, such as excessive heat.
Die Brandmeldeanlage wird bereitgestellt bzw. im oder am Objekt platziert und in Betrieb genommen. Die Sensormodule werden dabei an dem Objekt angebracht. Das Energiemodul liefert dann die Energie im bzw. für den Betrieb des Sensormoduls. Der VOC-Sensor liefert das Sensorsignal. Das Auswertemodul führt zumindest die Vorverarbeitung des Sensorsignals zu den Sensordaten hin durch. Das Kommunikationsmodul übermittelt die Sensordaten an das Zentralmodul. Das Zentralmodul ermittelt anhand der empfangenen Sensordaten basierend auf den VOC-Konzentrationen einen Brandkennwert und stellt diesen bereit.The fire alarm system is deployed, or placed in or on the building, and put into operation. The sensor modules are attached to the building. The power module then supplies the power to or for the operation of the sensor module. The VOC sensor provides the sensor signal. The evaluation module at least preprocesses the sensor signal to produce the sensor data. The communication module transmits the sensor data to the central module. The central module uses the received sensor data to determine and provide a fire characteristic value based on the VOC concentrations.
Das Verfahren und zumindest ein Teil dessen möglicher Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brandmeldeanlage und Passagierkabine erläutert. Insbesondere bilden also die oben im Zusammenhang mit der Brandmeldeanlage und Passagierkabine genannten bevorzugten Ausführungsformen auch bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens.The method and at least some of its possible embodiments as well as the respective advantages have already been explained in connection with the fire alarm system and passenger cabin according to the invention. In particular, the above-mentioned preferred embodiments also include preferred embodiments of the method.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Objekt die oben genannte Passagierkabine überwacht, welche die Brandmeldeanlage enthält. Somit ist die Passagierkabine dank des Verfahrens besonders gut, insbesondere auch vor potentiell entstehenden Bränden, also vor deren eigentlicher Entstehung geschützt.In a preferred embodiment, the object being monitored is the aforementioned passenger cabin, which contains the fire alarm system. Thus, thanks to the method, the passenger cabin is particularly well protected, especially against potential fires, i.e., against their actual occurrence.
Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen, Beobachtungen bzw. Überlegungen und weist noch die nachfolgenden bevorzugten Ausführungsformen auf. Diese Ausführungsformen werden dabei teils vereinfachend auch „die Erfindung“ genannt. Die Ausführungsformen können hierbei auch Teile oder Kombinationen der oben genannten Ausführungsformen enthalten oder diesen entsprechen und/oder gegebenenfalls auch bisher nicht erwähnte Ausführungsformen einschließen.The invention is based on the following findings, observations, and considerations and also includes the following preferred embodiments. These embodiments are sometimes referred to as "the invention" for simplicity. The embodiments may also contain parts or combinations of the above-mentioned embodiments or correspond to them and/or may also include previously unmentioned embodiments.
Gemäß der Erfindung ergibt sich ein sogenanntes „Tiny Distributed Carbonization Detection System“.According to the invention, a so-called “Tiny Distributed Carbonization Detection System” is obtained.
Es ergibt sich ein minimalinvasives verteiltes System (Brandmeldeanlage) zur Früherkennung von entstehenden Bränden. Das System besteht aus einer Netzwerkarchitektur von kleinen Sensormodulen, die in potenziell gefährdeten Bereichen (zu überwachende Räume / Umgebungen) platziert werden. Das System bietet eine kostengünstige und skalierbare Lösung.The result is a minimally invasive distributed system (fire alarm system) for the early detection of emerging fires. The system consists of a network architecture of small sensor modules placed in potentially hazardous areas (rooms/environments to be monitored). The system offers a cost-effective and scalable solution.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es verschiedene Technologien zur Branderkennung gibt: von der Messung der CO2-Konzentration über NIDR-Systeme zur Detektion von Rauchpartikeln zu fortgeschrittenen Systemen, die auf Infrarotkameras basieren und lokale Erwärmungen orten. All diese Systeme sind relativ „klobig“ und nehmen viel Platz ein. Und die meisten dieser Systeme erkennen den Brand erst, wenn er bereits ausgebrochen ist.The invention is based on the realization that there are various fire detection technologies: from measuring CO2 concentrations to NIDR systems for detecting smoke particles to advanced systems based on infrared cameras that locate local heating. All of these systems are relatively bulky and take up a lot of space. And most of these systems only detect the fire after it has already broken out.
Aktuell bekannte Verfahren zur Feuererkennung sind demnach Thermographie (Infrarotkameras), Rauchdetektion (Mikropartikel), Rauchdetektion (Raucherkennung), Wärmeerkennung, Messung des CO2-Gehaltes. Alle Systeme fungieren autonom.Currently known methods for fire detection include thermography (infrared cameras), smoke detection (microparticles), smoke detection (smoke detection), heat detection, and CO2 measurement. All systems operate autonomously.
Gemäß der Erfindung ergibt sich ein insbesondere sehr kleines Modul (Sensormodul), das leicht in allen denkbaren Bereichen integriert werden kann und den Brand vor seiner Entstehung detektieren soll. Durch Messung der flüchtigen Kohlenstoffverbindungen (VOC) und insbesondere anderen raumspezifischen Parametern wie Temperatur und Druck und Volumen kann ein gerade entstehendes Feuer detektiert werden, bevor es zu einem unkontrollierten Ausbruch kommt. Gerade in Umgebungen, in denen eine Evakuierung nicht so leicht möglich ist, eignet sich eine Früherkennung. Hier kann auch die genaue Position des möglichen Brandes lokalisiert werden (Ort des Sensormoduls, welches die auffällige VOC-Konzentration misst), sodass die Ursache behoben werden kann, ehe es zu spät ist. Das System ist redundant mit herkömmlichen Systemen zur Feuererkennung zu verwenden.The invention results in a particularly small module (sensor module) that can be easily integrated into any conceivable area and is designed to detect fires before they start. By measuring volatile carbon compounds (VOCs) and, in particular, other room-specific parameters such as temperature, pressure, and volume, a fire that is just starting can be detected before it becomes uncontrolled. Early detection is particularly suitable in environments where evacuation is not so easy. This also allows the exact location of the potential fire to be pinpointed (location of the sensor module that measures the unusual VOC concentration), so that the cause can be remedied before it is too late. The system can be used redundantly with conventional fire detection systems.
Gemäß der Erfindung ergeben sich die folgenden Vorteile:
- - Minimaler Eingriff in die Ästhetik.
- - Geeignet für kleine Räume, in denen Platz eine wichtige Rolle spielt (z. B. Ladeflächen).
- - Ermöglicht eine genaue Lokalisation des entstehenden Feuers.
- - Meldet ein sich entwickelndes Feuer, bevor es entsteht.
- - Minimal impact on aesthetics.
- - Suitable for small spaces where space is important (e.g. loading areas).
- - Allows precise localization of the fire.
- - Report a developing fire before it starts.
Gemäß der Erfindung ergibt sich eine insbesondere vergleichsweise kleine Größe des Sensormoduls sowie die Lokalisierbarkeit und Früherkennung eines möglichen Brandes insbesondere über Kl-gesteuerte Algorithmen.According to the invention, a particularly comparatively small size of the sensor module as well as the localizability and early detection of a possible fire, in particular via AI-controlled algorithms, results.
Die Erfindung ist wie folgt einsetzbar:
- 1) Einsatz in der Gepäckablage von Zivilflugzeugen.
- 2) Einsatz in Technikräumen / Serverräumen.
- 3) Einsatz in Transportkisten.
- 4) Einsatz überall in geschlossenen Räumen, in denen eine Evakuierung von Menschen schwierig oder gar unmöglich ist.
- 1) Use in the luggage compartment of civil aircraft.
- 2) Use in technical rooms / server rooms.
- 3) Use in transport boxes.
- 4) Use in any enclosed space where evacuation of people is difficult or even impossible.
Gemäß der Erfindung ergibt sich ein minimalinvasives verteiltes System zur Früherkennung von entstehenden Bränden. Das System besteht insbesondere aus einer Netzwerkarchitektur von kleinen Sensormodulen (netzwerkartig mit den Zentralmodulen verbunden), die in potenziell gefährdeten Bereichen (zu überwachende Räume / Umgebungen) platziert werden. Durch die Verarbeitung verschiedener Messdaten (VOC-Konzentration, Temperatur, Druck, ...) in Echtzeit können potenzielle Brandgefahren erkannt und frühzeitig Warnungen ausgelöst werden, um schnell auf mögliche Brände reagieren zu können. Die Nutzung von verteilten Sensoren ermöglicht eine effektive Abdeckung großer Gebiete und erhöht die Zuverlässigkeit und Reaktionsfähigkeit des Systems. Es ergibt sich eine kostengünstige und skalierbare Lösung für die Brandfrüherkennung in verschiedenen Umgebungen.The invention provides a minimally invasive distributed system for the early detection of emerging fires. The system consists, in particular, of a network architecture of small sensor modules (network-connected to the central modules) placed in potentially endangered areas (rooms/environments to be monitored). By processing various measurement data (VOC concentration, temperature, pressure, etc.) in real time, potential fire hazards can be detected and early warnings triggered to quickly respond to potential fires. The use of distributed sensors enables effective coverage of large areas and increases the reliability and responsiveness of the system. This results in a cost-effective and scalable solution for early fire detection in various environments.
Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen:
- In sicherheitskritischen Bereichen wie Flugzeugkabinen oder anderen Umgebungen, in denen Menschenleben gefährdet sein können, ist die Früherkennung von Bränden von entscheidender Bedeutung. Beispielhaft sei der Brand in einer Gepäckablage (Staufach) eines (Passagier-)Flugzeuges genannt. Ein rasches Erkennen eines beginnenden Feuers ermöglicht es, rechtzeitig Maßnahmen zu ergreifen, um die Ausbreitung des Brandes zu verhindern oder zu kontrollieren, was letztendlich dabei hilft, Verletzungen oder sogar den Verlust von Menschenleben zu vermeiden. Traditionelle Feuermeldesysteme erfüllen zwar diese Funktion, jedoch weisen sie oft gewisse Einschränkungen auf, die ihre Effektivität beeinträchtigen können.
- In safety-critical areas such as aircraft cabins or other environments where human life may be at risk, early fire detection is crucial. A fire in an overhead compartment of a (passenger) aircraft is a prime example. Rapid detection of an incipient fire allows for timely action to be taken to prevent or control the spread of the fire, ultimately helping to prevent injuries or even loss of life. While traditional fire alarm systems fulfill this function, they often have certain limitations that can limit their effectiveness.
Ein häufiges Problem herkömmlicher Feuermeldesysteme ist ihre vergleichsweise langsame Reaktionszeit. Sie erfassen den Brand erst dann, wenn er bereits in einem fortgeschrittenen Stadium ist, was wertvolle Zeit verstreichen lässt, in der sich der Brand unkontrolliert ausbreiten kann. Diese Verzögerung kann besonders in Umgebungen wie Flugzeugkabinen, in denen sich Personen in einem begrenzten Raum befinden und die Evakuierung schwierig sein kann, verheerende Folgen haben. Darüber hinaus sind viele bestehende Feuermeldesysteme oft sperrig und schwer zu installieren. Insbesondere in Bereichen, in denen ein unauffälliges Design oder Platzmangel eine Rolle spielen, können diese Systeme problematisch sein. In Flugzeugkabinen beispielsweise ist jeder Zentimeter Raum kostbar und die Installation von großvolumigen Feuermeldern kann die Passagiere oder die Ästhetik der Kabine beeinträchtigen.A common problem with conventional fire alarm systems is their comparatively slow response time. They only detect the fire when it is already at an advanced stage, wasting valuable time during which the fire can spread uncontrollably. This delay can have devastating consequences, particularly in environments such as aircraft cabins, where people are confined in a confined space and evacuation can be difficult. In addition, many existing fire alarm systems are often bulky and difficult to install. These systems can be particularly problematic in areas where inconspicuous design or space constraints are a concern. In aircraft cabins, for example, every inch of space is precious, and installing large-capacity fire alarms can impact passengers or the cabin's aesthetics.
Die Erfindung adressiert diese Herausforderungen, indem sie ein System vorstellt, das eine frühzeitige Erkennung von Bränden ermöglicht und gleichzeitig einfach und unauffällig in verschiedene Umgebungen integriert werden kann. Indem es auf innovative Sensortechnologie und fortschrittliche Algorithmen setzt, kann dieses System einen Brand bereits in seinen Anfängen erkennen und entsprechende Warnungen auslösen, bevor er sich zu einer ernsthaften Gefahr entwickelt.The invention addresses these challenges by presenting a system that enables early fire detection while being easily and discreetly integrated into various environments. By leveraging innovative sensor technology and advanced algorithms, this system can detect a fire in its early stages and trigger appropriate warnings before it develops into a serious threat.
Durch die Integration in bestehende Infrastrukturen oder die Implementierung in neue Bauprojekte kann dieses System dazu beitragen, die Sicherheit zu verbessern und potenzielle Risiken zu minimieren, während gleichzeitig Komfort und Funktionalität gewahrt bleiben.By integrating into existing infrastructure or implementing it into new construction projects, this system can help improve safety and minimize potential risks while maintaining comfort and functionality.
Um das grundlegende Konzept der Erfindung zu erläutern, wird der Einsatz als Feuer-Früherkennungsmodul in der Gepäckablage von Zivilflugzeugen näher betrachtet. Das Funktionsprinzip kann abstrahiert und auf viele weitere Einsatzbereiche erweitert werden, wie z. B. Serverräume, Technikräume, Wohnräume etc. Es ist zu beachten, dass sich das System insbesondere für kleine geschlossene Räume eignet.To explain the basic concept of the invention, we will examine its use as an early fire detection module in the luggage compartment of civil aircraft. The functional principle can be abstracted and extended to many other application areas, such as server rooms, technical rooms, living spaces, etc. It should be noted that the system is particularly suitable for small, enclosed spaces.
Erster Punkt ist die Früherkennung von Feuerbildung.The first point is the early detection of fires.
Die Detektion von gasförmigen oder dampfförmigen flüchtigen organischen Verbindungen (VOC, engl.: Volatile Organic Compounds) bietet als erstes Merkmal die Möglichkeit, Brände - z. B. verursacht durch einen defekten Lithium-Ionen-Akku eines Laptops im Handgepäck eines Passagiers - in einem sehr frühen Stadium zu erkennen. VOCs sind Kohlenstoffverbindungen, die bei verschiedenen Temperaturen verdampfen und sich schnell mit der Raumluft vermischen.The detection of gaseous or vaporous volatile organic compounds (VOCs) offers the first opportunity to detect fires—for example, one caused by a defective lithium-ion laptop battery in a passenger's carry-on luggage—at a very early stage. VOCs are carbon compounds that evaporate at various temperatures and quickly mix with the ambient air.
Da viele Brände in technischen Systemen auf elektrische Defekte zurückzuführen sind und sich in den meisten Fällen eine langsame, lokalisierte Erhitzung abzeichnet, kommt es zu einer erhöhten Verdampfung von Substanzen aus den erwärmten Materialien, insbesondere Kunststoffen, Farben und Lacken. Ein plötzlicher Anstieg der VOC-Konzentration und eine damit einhergehende Verschlechterung der Luftqualität in einem typischerweise abgeschlossenen Raum, wie beispielsweise einer Gepäckablage (Staufach) in der Flugzeugkabine, kann somit auf einen technischen Defekt hinweisen, der möglicherweise zu einer Brandentstehung führen kann. Ein frühzeitiger (stiller) Alarm kann ein potentiell lebensbedrohliches Feuer verhindern, indem die Ursache schnell beseitigt wird.Since many fires in technical systems are caused by electrical defects and, in most cases, slow, localized heating is evident, this leads to increased evaporation of substances from the heated materials, especially plastics, paints, and varnishes. A sudden increase in VOC concentration and a concomitant deterioration in air quality in a typically enclosed space, such as an overhead compartment in an aircraft cabin, can therefore indicate a technical defect that could potentially lead to a fire. An early (silent) alarm can prevent a potentially life-threatening fire by quickly eliminating the cause.
Die Größe des Raumes und die zeitliche Entwicklung der gemessenen Wertänderungen (Zeitverlauf der VOC-Konzentration) spielen hierbei eine wichtige Rolle und müssen insbesondere in Verbindung mit anderen Parametern - beispielsweise einer gleichzeitigen Temperatur- und / oder Druckänderung - bewertet werden. Im Falle einer befüllten Gepäckablage wird die Korrelation mit dem Beladungsvolumen noch bessere Ergebnisse erzielen.The size of the room and the temporal development of the measured value changes (time course of VOC concentration) play an important role here and must be evaluated, especially in conjunction with other parameters—for example, a simultaneous change in temperature and/or pressure. In the case of a full luggage compartment, correlation with the load volume will yield even better results.
Die Energieversorgung der Sensormodule erfolgt wie folgt:
- Die Sensormodule können insbesondere über drei unterschiedliche Methoden mit Energie versorgt werden, wobei Option c) für den Einsatz in einer Gepäckablage präferiert wird:
- a) Durch Anschluss an eine Versorgungsleitung. Hierbei wäre eine Energiebereitstellung der Module für eine unabsehbare Zeit gesichert. Der Wartungsaufwand ist dabei deutlich verringert, jedoch ist die Integration in ein beständiges System mit mehr Aufwand verbunden. Darüber hinaus sollte berücksichtigt werden, dass die zusätzlich verlegten Leitungen das Gesamtgewicht des Flugzeuges erhöhen.
- b) Durch Integration einer Batterie. Wird das Modul mit einer integrierten Primärbatterie (z. B. Lithium-Thionylchlorid) oder einer integrierten Sekundärbatterie (z. B. Lithium-Ionen) ausgestattet, erhöht sich automatisch der Wartungsaufwand für die Betreiber des Flugzeuges, insbesondere bei zunehmender Flugzeuggröße. Sobald die Primärbatterie fast aufgebraucht ist oder der Ladezustand der Sekundärbatterie gegen 0% geht, müssen die Batteriezellen vom Wartungspersonal ausgetauscht werden. Mit dem vorgesehenen vorteilhaften Design (Spreizdübel und Sensormodul als Kern) sollte dies jedoch kein langwieriger Prozess sein.
- c) Durch Integration einer Batterie in Kombination mit einem Energy Harvesting System (EHS). Jedes Sensormodul wird mit einer aufladbaren Sekundärbatterie (z.B. Lithium-Ionen 18650 Zelle) ausgestattet. Hier wird der Einsatz des Moduls in einer Flugzeug-Gepäckablage betrachtet. Neben einem Batterie-Management-System (BMS) gibt es ein integriertes Energy Harvesting Modul, welches Energie aus der Umgebung in elektrische Energie umwandelt, puffert und zur Entlastung des Akkus oder dessen Aufladung verwendet. Dadurch soll das Modul länger verwendet werden können, bevor es durch einen Wartungseingriff wieder aufgeladen werden muss, entweder durch tatsächliches Aufladen oder durch einen Austausch der Akkuzelle.
- The sensor modules can be supplied with energy using three different methods, with option c) being preferred for use in a luggage rack:
- a) By connecting to a power line. This would ensure the modules' energy supply for an indefinite period. Maintenance effort is significantly reduced, but integration into a permanent The system involves more effort. Furthermore, it should be considered that the additional cables increase the overall weight of the aircraft.
- b) By integrating a battery. Equipping the module with an integrated primary battery (e.g., lithium thionyl chloride) or an integrated secondary battery (e.g., lithium-ion) automatically increases the maintenance effort for the aircraft operator, especially with increasing aircraft size. Once the primary battery is almost depleted or the secondary battery charge level approaches 0%, the battery cells must be replaced by maintenance personnel. However, with the proposed advantageous design (expansion anchor and sensor module as the core), this should not be a lengthy process.
- c) By integrating a battery in combination with an energy harvesting system (EHS). Each sensor module is equipped with a rechargeable secondary battery (e.g., a lithium-ion 18650 cell). Here, the module's use in an aircraft overhead compartment is considered. In addition to a battery management system (BMS), there is an integrated energy harvesting module that converts ambient energy into electrical energy, buffers it, and uses it to relieve the load on the battery or recharge it. This should allow the module to be used for longer before it requires maintenance, either by charging or by replacing the battery cell.
In anderen Einsatzumgebungen könnte sich auch der Energieabgriff über Solarzellen oder Peltier-Elemente eignen. Je nach vorgesehenem Einsatzzweck ist zwischen den Optionen a), b) und c) zu wählen. Während man z. B. in einem stationären Serverraum zahlreiche Anschlussmöglichkeiten hat und Option a) prädestiniert ist, sollte man für den Einsatz in einer Gepäckablage eines Flugzeuges auch Option c) bedenken, mit dem Hintergrund der kostengünstigen und vereinfachten Nachrüstbarkeit.In other application environments, energy harvesting via solar cells or Peltier elements might also be suitable. Depending on the intended application, a choice should be made between options a), b), and c). While, for example, in a stationary server room, numerous connection options are available and option a) is ideal, option c) should also be considered for use in an aircraft overhead compartment, given its cost-effective and simplified retrofit capability.
Bei der Verwendung einer Batterie ohne Energy Harvesting System - wie in Option b) dargestellt - sollte die verkürzte ununterbrochene Laufzeit berücksichtigt werden. Überschlägig haben VOC-Sensoren mit Metalloxid-Technologie und einer Heizmembran einen durchschnittlichen Energiebedarf von 350 µW bei einer Gas-Messung alle 10 Sekunden. Mit zusätzlicher Elektronik zur Auswertung und Übermittlung der Daten liegt die voraussichtliche Betriebsdauer eines Sensormoduls mit einer Batterie von 12,96 Wh Kapazität bei etwa 720 Tagen. When using a battery without an energy harvesting system—as described in option b)—the reduced continuous runtime should be considered. Roughly speaking, VOC sensors with metal oxide technology and a heating membrane have an average energy consumption of 350 µW for a gas measurement every 10 seconds. With additional electronics for data evaluation and transmission, the expected operating time of a sensor module with a 12.96 Wh battery capacity is approximately 720 days.
Die Basisstation (Zentralmodul) dient zur Datenauswertung:
- Die Basisstation spielt eine entscheidende Rolle bei der Verarbeitung und Analyse der empfangenen Messdaten (Sensordaten). Hier werden die Informationen aus den Sensormodulen zusammengeführt, analysiert und je nach Bedarf persistiert und weitergeleitet. Über die Sensordaten hinaus werden insbesondere der aktuelle Gerätezustand inkl. Fehlermeldungen sowie der Ladezustand (SoC, engl.: state of charge) der eingebauten Batterie übertragen. Dies ermöglicht eine frühzeitige Erkennung von Problemen und eine proaktive Wartung.
- The base station plays a crucial role in processing and analyzing the received measurement data (sensor data). Here, the information from the sensor modules is compiled, analyzed, and persisted and forwarded as needed. In addition to the sensor data, the current device status, including error messages, and the state of charge (SoC) of the built-in battery are transmitted. This enables early detection of problems and proactive maintenance.
Eine Möglichkeit zur Umsetzung der Basisstation in der Flugzeugkabine ist die Erweiterung eines Hauptrechnersystems (z.B. Controller) um ein Zusatzmodul (Einbaumodul und Teilimplementierung), welches die Sensordaten der verteilten Knotenpunkte (Sensormodule) über das abgestimmte Nachrichtenprotokoll - vorzugsweise Bluetooth Low Energy oder WiFi - empfangen und über den gleichen Kommunikationsweg gezielte Steuerbefehle zurücksenden kann. Dieses Zusatzmodul ist als Netzwerkkarte (Einbaumodul) zu verstehen und bietet dem Hauptrechnersystem lediglich die Möglichkeit, Daten physikalisch zu übertragen und zu empfangen.One option for implementing the base station in the aircraft cabin is to expand a main computer system (e.g., a controller) with an add-on module (built-in module and partial implementation) that can receive sensor data from distributed nodes (sensor modules) via a coordinated messaging protocol—preferably Bluetooth Low Energy or Wi-Fi—and send targeted control commands back via the same communication path. This add-on module is to be understood as a network card (built-in module) and merely provides the main computer system with the ability to physically transmit and receive data.
Insbesondere Integrierte Neuralbeschleuniger optimieren den Analyseprozess der Sensordaten und stellen genug Rechenkapazität bereit, um lokale Inferenzen für die Messdaten (Sensorsignale) aller Sensormodule - basierend auf trainierten Machine oder Deep Learning Modellen - zu erzeugen.In particular, integrated neural accelerators optimize the analysis process of the sensor data and provide enough computing power to generate local inferences for the measurement data (sensor signals) of all sensor modules - based on trained machine or deep learning models.
Wird eine potentielle Brandentstehung prognostiziert (Brandkennwert), so wird insbesondere ein stiller Alarm ausgelöst, welcher das Bordpersonal über die mögliche Gefahr in Kenntnis setzt. Zur Auswertung der Gefahrenmeldung kann das entsprechende Crewmitglied die betroffene Gepäckablage genauer untersuchen. Der stille Alarm kann anschließend über das FAP (Flight Attendant Panel, Eingabeschnittstelle für Bordpersonal) zurückgesetzt werden. Dadurch wird die Sicherheit an Bord gewährleistet, ohne unnötige Panik unter den Passagieren auszulösen.If a potential fire is predicted (fire characteristic), a silent alarm is triggered, alerting the cabin crew of the potential danger. To evaluate the warning, the relevant crew member can examine the affected overhead compartment more closely. The silent alarm can then be reset via the FAP (Flight Attendant Panel, input interface for cabin crew). This ensures safety on board without causing unnecessary panic among passengers.
Es ergibt sich folgendes Systemdesign:
- Betrachtet man die gesamte Architektur des Systems, so ergibt sich für den Einsatz in der Flugzeugkabine als Verbindungstopologie ein Aufbau mit einem Sensormodul in jedem der Staufächer und zwei Zentralmodulen, an denen je die Hälfte der Sensormodule angeschlossen ist
- Looking at the overall architecture of the system, the connection topology for use in the aircraft cabin is a setup with a sensor module in each of the storage compartments and two central modules, to each of which half of the sensor modules are connected.
Diese Architektur lässt sich auch für alle anderen Einsatzbereiche abstrahieren, wobei das Grundprinzip gleichbleibt: eine Basisstation bedient mehrere kleine intelligente Gas-Sensoren (Sensormodule) - daher das Attribut „distributed“ in der Bezeichnung - und kann die Entstehung von Bränden prädiktiv lokalisieren. Das System kann entweder mit einer automatischen Löschanlage gekoppelt werden oder einen Menschen zur Validierung der Alarmquelle heranziehen.This architecture can also be abstracted for all other application areas, while the basic principle remains the same: a base station operates several small intelligent gas sensors (sensor modules) – hence the "distributed" attribute in the name – and can predictively locate the origin of fires. The system can either be coupled with an automatic extinguishing system or involve a human to validate the alarm source.
Um Energie zu sparen, wird die Inferenz (vorerst) nicht auf dem Sensormodul selbst durchgeführt. Abhängig von der zukünftigen Batterietechnologie - mit wahrscheinlich deutlich höheren Energiedichten - kann die Auswertung der Gas-Zusammensetzung (Sensorsignale) auch auf den Sensormodulen selbst erfolgen (Vorverarbeitung zu den Sensordaten). Gleiches gilt für zukünftige Sensoren mit noch geringeren Leistungsanforderungen. Dadurch minimieren sich die Arbeitslast für die Basisstation (Zentralmodul) sowie die erforderliche Netzwerkbandbreite (Kommunikation zwischen Sensormodulen und Zentralmodul).To save energy, inference is (for now) not performed on the sensor module itself. Depending on future battery technology—which is likely to have significantly higher energy densities—the analysis of the gas composition (sensor signals) may also be performed on the sensor modules themselves (preprocessing to produce the sensor data). The same applies to future sensors with even lower power requirements. This minimizes the workload for the base station (central module) as well as the required network bandwidth (communication between sensor modules and the central module).
Betrachtet man den Aufbau eines einzelnen Sensormoduls, so befinden sich insbesondere in dessen Spitze ein Gas-Sensor (VOC-Sensor) und ein Thermometer (diese können auch in einem einzigen IC gemeinsam vorliegen) in einem luftdurchlässigen (Öffnungen) Kunststoffgehäuse (Messraum). Durch die lokale Erwärmung der Elektronik entstehen minimale Konvektionsströme, sodass die Umgebungsluft passiv angezogen wird. Im Inneren eines Gehäuses des Sensormoduls befindet sich die Auswerteelektronik (Auswertemodul), welche die Sensorsignale (Daten der Sensoren) akquiriert, puffert, vorverarbeitet und periodisch an die Basisstation (Zentralmodul) drahtlos weitergibt. Je nach obiger Variante (a, b, c) enthält das Modul noch eine Batterie mit BMS (Battery Management System) und ein Energy Harvesting System (-Modul). Die Positionen und Größen der einzelnen Komponenten sind nicht fixiert und letztlich abhängig vom Gehäusedesign: das Energy Harvesting Modul kann bspw. auch vorne in der Spitze integriert werden, wenn es sich um ein solarbetriebenes Sensormodul handelt. Die Batterie kann größer oder kleiner ausfallen und außerdem könnten BMS und Auswerteelektronik (Auswertemodul) auch auf einer gemeinsamen Leiterplatte sitzen.If we consider the structure of a single sensor module, we can see that a gas sensor (VOC sensor) and a thermometer (these can also be present together in a single IC) are located in an air-permeable (openings) plastic housing (measuring chamber) at its tip. The local heating of the electronics creates minimal convection currents, passively drawing in ambient air. Inside the sensor module's housing is the evaluation electronics (evaluation module), which acquires, buffers, pre-processes, and periodically wirelessly transmits the sensor signals (data from the sensors) to the base station (central module). Depending on the variant above (a, b, c), the module also contains a battery with BMS (Battery Management System) and an energy harvesting system (module). The positions and sizes of the individual components are not fixed and ultimately depend on the housing design: for example, the energy harvesting module can also be integrated at the front of the tip if the sensor module is solar-powered. The battery can be larger or smaller and the BMS and evaluation electronics (evaluation module) could also be located on a common circuit board.
Hinsichtlich des visuellen Designs gilt:
- Das visuelle Design ist unabhängig von der Funktionsweise des Moduls. Das fertige Produkt kann in verschiedenen Bauformen angeboten werden. Eine Möglichkeit ist die zur nachträglichen minimalinvasiven Integration in die Gepäckablage von Zivilflugzeugen. Das Modul besteht dann aus einem „Kern“, welcher die Sensorik und
- Elektronik enthält, und einem „Mantel“ (Spreizdübel), welcher für den festen Sitz der Vorrichtung verantwortlich ist. Kern und Mantel werden mit einem speziellen Gewinde miteinander verbunden (Kern wird in Mantel eingeschraubt).
- The visual design is independent of the module's functionality. The finished product can be offered in various designs. One possibility is for retrofitting, minimally invasive integration into the overhead compartment of civil aircraft. The module then consists of a "core" that houses the sensors and
- Contains electronics, and a "sheath" (expansion anchor), which ensures the device's secure fit. The core and sheath are connected with a special thread (the core is screwed into the sheath).
Zur Anbringung in der Gepäckablage (Staufach) wird zunächst ein Loch durch die Wand (Wandung) gebohrt. Der Mantel (Spreizdübel) des Sensormoduls wird nun - ähnlich einem Hohlraumdübel - durch das Loch gepresst und anschließend durch Eindrehen einer Fixierschraube (Spreizwerkzeug) mit speziellem Gewinde mit der Wand verkrallt (Verformung der Spreizlaschen). Im Vergleich zu einem klassischen Hohlraumdübel wird hierbei insbesondere kein metrisches Standardgewinde verwendet, da der Kern des Sensormoduls deutlich breiter ist als eine Standardschraube. Nachdem der Mantel (Spreizdübel an der Wandung durch Verformung) fixiert wurde, kann die Fixierschraube herausgedreht werden - die Vorrichtung (Spreizdübel) bleibt weiterhin fest installiert (dauerhafte Verformung der Spreizdübel). Anschließend kann das Sensormodul mit übereinstimmendem Gewinde an seinem Gehäuse in den Mantel eingeschraubt werden.To install the sensor module in the luggage compartment (storage compartment), a hole is first drilled through the wall. The casing (expansion anchor) of the sensor module is then pressed through the hole – similar to a cavity wall anchor – and then secured to the wall by screwing in a fixing screw (expansion tool) with a special thread (deformation of the expansion tabs). Unlike a conventional cavity wall anchor, a metric standard thread is not used here, as the core of the sensor module is significantly wider than a standard screw. Once the casing (expansion anchor) has been fixed to the wall by deformation, the fixing screw can be removed – the device (expansion anchor) remains firmly installed (permanent deformation of the expansion anchor). The sensor module can then be screwed into the casing with the matching thread on its housing.
Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
-
1 einen Ausschnitt aus einem Passagierflugzeug bzw. dessen Passagierkabine (Flugzeugkabine) mit der Brandmeldeanlage gemäß der Erfindung und eine Verbindungstopologie der Brandmeldeanlage, -
2 den konzeptionellen Aufbau eines Sensormoduls aus1 , -
3 den Verlauf eines von dem Sensormodul aufgenommenen Sensorsignals über der Zeit, -
4 das Sensormodul aus2 als Kern mit Spreizdübel als Visualisierung eines möglichen Gehäusedesigns in einem unmontierten und -
5 in einem in einer Wandung aus1 montierten Zustand.
-
1 a section of a passenger aircraft or its passenger cabin (aircraft cabin) with the fire alarm system according to the invention and a connection topology of the fire alarm system, -
2 the conceptual design of a sensor module1 , -
3 the course of a sensor signal recorded by the sensor module over time, -
4 the sensor module2 as a core with expansion dowel as a visualization of a possible housing design in an unassembled and -
5 in a wall made of1 assembled state.
In der Passagierkabine 4 bzw. dem Passagierflugzeug 2 ist eine Brandmeldeanlage 20 installiert. Die Passagierkabine 4 bildet dabei ein von der Brandmeldeanlage 20 zu überwachendes Objekt 120. Die Brandmeldeanlage 20 enthält insgesamt zwanzig Sensormodule 22, von denen jedes in der
In
Die Zentralmodule 24 enthalten außerdem jeweils einen Neuralbeschleuniger 76, der KIgestützt arbeitet und die Auswertung der Sensordaten 46 sowie von Temperatur T, Druck P und Volumen V in Bezug auf den Brandkennwert 48 unterstützt.The central modules 24 also each contain a neural accelerator 76, which operates with AI and supports the evaluation of the sensor data 46 as well as temperature T, pressure P and volume V in relation to the fire characteristic value 48.
Das Energiemodul 28 weist hier eine wiederaufladbare Batterie 60 (einschließlich Batterie-Management-System) sowie ein Energy-Harvesting-Modul 62 auf, welches in nicht näher bezeichneter fachüblicher Weise Energie aus seiner Umgebung aufnimmt, zum Beispiel durch Betätigung einer nicht dargestellten Staufach Klappe. Das Energiemodul 28 enthält alternativ - in der Figur jedoch zusätzlich dargestellt - einen Anschluss 64 für eine Versorgungsleitung 66 des Passagierflugzeuges 2. Diese gehört zu einem nicht weiter dargestellten Bordnetz des Passagierflugzeuges 2. So kann das Sensormodul 20 auch aus dem Bordnetz mit Energie versorgt zu werden.The energy module 28 here has a rechargeable battery 60 (including a battery management system) and an energy harvesting module 62, which absorbs energy from its surroundings in a manner not further specified, for example, by actuating a storage compartment flap (not shown). Alternatively, the energy module 28 contains—but additionally shown in the figure—a connection 64 for a supply line 66 of the passenger aircraft 2. This connection belongs to an on-board electrical system of the passenger aircraft 2 (not shown in detail). Thus, the sensor module 20 can also be supplied with energy from the on-board electrical system.
Das Energiemodul 28 ist damit dazu eingerichtet, elektrische Energie für den Betrieb des Sensormoduls 22 zu liefern bzw. bereitzustellen.The energy module 28 is thus configured to supply or provide electrical energy for the operation of the sensor module 22.
Der VOC-Sensor 34 liefert im Betrieb ein hier symbolisch dargestelltes Sensorsignal 36, welches mit einer - auch symbolisch dargestellten - aktuellen VOC-Konzentration 38 am Ort des Sensormodul 20 (also in der Luft in einer Umgebung 44 des Sensormoduls 20) korreliert ist, diese also abbildet bzw. enthält. Die VOC-Konzentration 38 wird hier konkret innerhalb einer Messkammer oder eines Messraumes 42 des Sensormoduls 22 erfasst, in welcher auch der VOC-Sensor 34 angeordnet ist. Der Messraum 42 weist hierzu Öffnungen 40 auf, über welche dieser und damit der VOC-Sensor 34 mit der Umgebung 44 in Austausch steht. Mit anderen Worten ist der Messraum 42 mit Öffnungen 40 versehen, um mit der Umgebung 44 derart in Verbindung zu stehen, dass die VOC-Konzentration 38 in der Umgebung 44 der VOC-Konzentration 38 innerhalb des Messraumes 42 entspricht und somit vom VOC-Sensor 34 korrekt erfasst werden kann.During operation, the VOC sensor 34 delivers a sensor signal 36, represented symbolically here, which is correlated with a current VOC concentration 38 at the location of the sensor module 20 (i.e., in the air in an environment 44 of the sensor module 20), i.e., it maps or contains this concentration. The VOC concentration 38 is specifically detected here within a measuring chamber or measuring space 42 of the sensor module 22, in which the VOC sensor 34 is also arranged. For this purpose, the measuring space 42 has openings 40 through which the sensor, and thus the VOC sensor 34, communicates with the environment 44. In other words, the measuring chamber 42 is provided with openings 40 in order to communicate with the environment 44 in such a way that the VOC concentration 38 in the environment 44 corresponds to the VOC concentration 38 within the measuring chamber 42 and can thus be correctly detected by the VOC sensor 34.
Das Auswertemodul 30 ist dazu eingerichtet, das Sensorsignal 36 zu hier auch symbolisch angedeuteten Sensordaten 46 hin vorzuverarbeiten.The evaluation module 30 is configured to pre-process the sensor signal 36 into sensor data 46, which is also symbolically indicated here.
Das Kommunikationsmodul 32 ist dazu eingerichtet, wenigstens die Sensordaten 46 an das jeweilige Zentralmodul 24 zu übermitteln.The communication module 32 is configured to transmit at least the sensor data 46 to the respective central module 24.
Die Zentralmodule 24 sind dazu eingerichtet, anhand der empfangenen Sensordaten 46 basierend auf den darin enthaltenen bzw. diesen zu entnehmenden von den Sensormodulen 22 ermittelten VOC-Konzentrationen 38 (die entsprechenden Informationen sind durch die Vorverarbeitung in den Sensordaten 46 enthalten) je einen Brandkennwert 48 für das jeweilige Sensormodul 22 bzw. dessen Umgebung 44 zu ermitteln.The central modules 24 are configured to determine a fire characteristic value 48 for the respective sensor module 22 or its surroundings 44 on the basis of the received sensor data 46 based on the VOC concentrations 38 contained therein or to be extracted therefrom by the sensor modules 22 (the corresponding information is contained in the sensor data 46 by preprocessing).
Die Umgebung 44 entspricht hierbei jeweils einem Innenraum 50 eines jeweiligen Staufaches 12. Der Brandkennwert 48 ist ein Binärwert und spiegelt wieder, ob in der jeweiligen Umgebung 44, also im jeweiligen Innenraum 50, eine Brandsituation droht oder vorherrscht (Wert „JA“) oder nicht (Wert „NEIN“).The environment 44 corresponds to an interior space 50 of a respective storage compartment 12. The fire characteristic value 48 is a binary value and reflects whether a fire situation is imminent or prevailing in the respective environment 44, i.e. in the respective interior space 50 (value “YES”) or not (value “NO”).
Der Innenraum 50 bildet damit den vom jeweiligen Sensormodul 22 auf die jeweilige VOC-Konzentration 38 dort zu sensierenden Raum 52 für jedes der Sensormodule 22, in dem das jeweilige Sensormodul 22 im Betrieb installiert ist.The interior space 50 thus forms the space 52 for each of the sensor modules 22 in which the respective sensor module 22 is installed during operation, in which the respective sensor module 22 is to be sensed for the respective VOC concentration 38.
Das Sensormodul 22 weist außerdem ein Erfassungselement 110 für eine aktuelle Temperatur T in der Umgebung 44, ein Erfassungselement 112 für einen aktuellen Druck P in der Umgebung 44 und ein Erfassungselement 114 für ein aktuelles freies bzw. Luftvolumen V in der Umgebung 44 bzw. dem Innenraum 50 des Staufaches 12 auf. Das Volumen V ist dabei das aktuelle Luftvolumen des Innenraums 50, also dessen Leervolumen abzüglich des Volumens eingelegter Objekte wie Gepäck, Kleidung usw.The sensor module 22 also has a sensing element 110 for a current temperature T in the environment 44, a sensing element 112 for a current pressure P in the environment 44, and a sensing element 114 for a current free or air volume V in the environment 44 or the interior 50 of the storage compartment 12. The volume V is the current air volume of the interior 50, i.e., its empty volume minus the volume of inserted objects such as luggage, clothing, etc.
Die Werte von Temperatur T, Druck P und Volumen V werden im jeweiligen Sensormodul 22 erfasst, ebenfalls im Auswertemodul 32 vorverarbeitet und über das Kommunikationsmodul 32 an das Zentralmodul 24 übermittelt und fließen dort in die Ermittlung des Brandkennwertes 48 ein.The values of temperature T, pressure P and volume V are recorded in the respective sensor module 22, also pre-processed in the evaluation module 32 and transmitted via the communication module 32 to the central module 24, where they are used to determine the fire characteristic value 48.
Im Beispiel befindet sich in dem betreffenden Staufach 12 ein nicht dargestelltes elektronisches Gerät, welches zu einem Zeitpunkt t1 einen internen Defekt erleidet. Aufgrund des Defekts beginnt das Gerät, sich lokal intern an einem defekten Bauteil aufzuheizen. Durch die ansteigende Temperatur im Gerät beginnen flüchtige organische Verbindungen (VOC) aus dem Bauteil, benachbarten Gehäuseteilen und Lacken auszutreten, weshalb die VOC-Konzentration 38 im Innenraum 50 des Staufaches 12 einen Anstieg 56 über der Zeit t aufweist.In the example, an electronic device (not shown) is located in the storage compartment 12 in question, which suffers an internal defect at a time t1. Due to the defect, the device begins to heat up locally at a defective component. Due to the rising temperature in the device, volatile organic compounds (VOCs) begin to escape from the component, neighboring housing parts, and paints, which is why the VOC concentration 38 in the interior 50 of the storage compartment 12 exhibits an increase 56 over time t.
Dieser Anstieg 56 wird schlussendlich in dem Zentralmodul 24 detektiert und im Brandkennwert 48 derart abgebildet, dass zum Zeitpunkt t2 dessen Binärwert von „NEIN“ auf „JA“ wechselt. Somit wird ein potentieller Brand erkannt, denn es ist zu vermuten, dass sich das fehlerhafte Gerät auch nach dem Zeitpunkt t2 ständig weiter aufheizt und schließlich zu brennen beginnt.This increase 56 is ultimately detected in the central module 24 and mapped to the fire characteristic value 48 such that at time t2, its binary value changes from "NO" to "YES." Thus, a potential fire is detected, as it is assumed that the faulty device will continue to heat up even after time t2 and eventually begin to burn.
Aufgrund der entsprechenden Detektion (Wert „JA“ für das Staufach 12) löst jedoch die Brandmeldeanlage 20 einen stillen Alarm für nicht dargestelltes Kabinenpersonal unter Angabe des betreffenden Staufaches 12 aus, in welchem der Anstieg 56 detektiert wurde.However, due to the corresponding detection (value “YES” for the storage compartment 12), the fire alarm system 20 triggers a silent alarm for cabin crew (not shown), indicating the relevant storage compartment 12 in which the rise 56 was detected.
Das Kabinenpersonal kann nun das entsprechende Staufach 12 inspizieren und das Gerät als Gefahrenquelle identifizieren und in Sicherheit bringen, um einen Brand im Staufach 12 und damit der Passagierkabine 4 zu verhindern. Aufgrund des stillen Alarms entsteht dabei keinerlei Panik bei den nicht dargestellten Passagieren.The cabin crew can now inspect the corresponding storage compartment 12 and identify the device as a source of danger and move it to safety to prevent a fire in the storage compartment 12 and thus the passenger cabin 4. Due to the silent alarm, no panic is caused among the passengers (not shown).
Der Brandkennwert 48 ist daher ein mit einem Zeitverlauf 54, hier dem Anstieg 56, der VOC-Konzentration 38 korreliert.The fire index 48 is therefore correlated with a time course 54, here the increase 56, of the VOC concentration 38.
Die Brandmeldeanlage 20 enthält zu jedem der Sensormodule 22 ein Befestigungsmittel, hier in Form eines Spreizdübels 90. Die Spreizdübel 90 dienen zur Befestigung des jeweiligen Sensormoduls 22 in einer Durchbrechung 84 einer Wandung 86 (siehe
Der Spreizdübel 90 erstreckt sich entlang einer Zentralachse 88. Die Sensormodule 22 sind jeweils als Kern 92 für die Spreizdübel 90 ausgebildet. Der Kern 92 ist hierbei in Richtung eines Pfeils 94 in den Spreizdübel 90 einführbar. Der Kern 92 ist auch in diesem fixierbar. Hierzu weisen Spreizdübel 90 und Kern 92 korrespondierende Gewinde 96 auf, die in der Figur lediglich symbolisch angedeutet sind. Mit anderen Worten ist der Kern 92 in dem Spreizdübel 90 verschraubbar und auch wieder aus diesem lösbar, sodass dieser bei Bedarf entgegen der Richtung des Pfeils 94 auch wieder aus dem Spreizdübel 90 entnommen werden kann.The expansion anchor 90 extends along a central axis 88. The sensor modules 22 are each designed as a core 92 for the expansion anchor 90. The core 92 can be inserted into the expansion anchor 90 in the direction of an arrow 94. The core 92 can also be fixed therein. For this purpose, the expansion anchor 90 and core 92 have corresponding threads 96, which are only symbolically indicated in the figure. In other words, the core 92 can be screwed into the expansion anchor 90 and also removed from it again, so that it can be removed from the expansion anchor 90 again, if necessary, in the opposite direction to the arrow 94.
Der Spreizdübel 90 weist ein Auflageelement 100 für die Wandung 86 und ein Gewindeteil 102 auf, in welchem das Gewinde 96 eingebracht ist. Auflageelement 100 und Gewindeteil 102 sind durch vier Spreizlaschen 104 miteinander verbunden, von denen in den Figuren jeweils nur drei sichtbar sind. Die Spreizlaschen 104 sind irreversibel bzw. plastisch verformbar.The expansion anchor 90 has a support element 100 for the wall 86 and a threaded part 102 in which the thread 96 is inserted. The support element 100 and the threaded part 102 are connected to each other by four expansion tabs 104, of which only three are visible in the figures. The expansion tabs 104 are irreversibly or plastically deformable.
Um diese Verformung und Verpressung durchzuführen, ist anstelle des Kerns 92 in den Spreizdübel 90 auch ein nicht dargestelltes Spreizwerkzeug einführbar, welches ebenfalls über ein korrespondierendes Gewinde 96 verfügt, das in jenes im Gewindeteil 102 eingreift. Das Spreizwerkzeug stütz sich außerdem am Auflageelement 100 ab. Durch entsprechendes Schrauben wird dann bei in die Wandung 86 / Durchbrechung 84 eingesetztem Spreizdübel 90 das Gewindeteil 102 in Richtung in Richtung eines Pfeils 106 zum Auflageelement 100 hin vorwärtsbewegt, wodurch sich der Abstand zwischen Auflageelement 100 und Gewindeteil 102 verringert und die Spreizlasche 104 irreversibel verformt werden, um die oben genannte Verklemmung des Spreizdübels 90 an der Wandung 86 und damit dessen Fixierung zu bewirken.In order to carry out this deformation and pressing, an expansion tool (not shown) can be inserted into the expansion anchor 90 instead of the core 92, which also has a corresponding thread 96 that engages with that in the threaded part 102. The expansion tool supports also on the support element 100. By appropriate screwing, with the expansion anchor 90 inserted into the wall 86 / opening 84, the threaded part 102 is moved forward in the direction of an arrow 106 towards the support element 100, whereby the distance between the support element 100 and the threaded part 102 is reduced and the expansion tab 104 is irreversibly deformed in order to effect the above-mentioned clamping of the expansion anchor 90 to the wall 86 and thus its fixation.
In
In einem Schritt S1 wird die Brandmeldeanlage 20 bereitgestellt und die Sensormodule 22 in der Passagierkabine 4 angebracht.In a step S1, the fire alarm system 20 is provided and the sensor modules 22 are mounted in the passenger cabin 4.
In einem Schritt S2 versorgt das Energiemodul 28 die Sensormodule 22 mit Energie für deren Betrieb.In a step S2, the energy module 28 supplies the sensor modules 22 with energy for their operation.
In einem Schritt S3 erzeugen bzw. liefern die VOC-Sensoren 34 die Sensorsignale 36, messen also die aktuelle VOC-Konzentration 38.In a step S3, the VOC sensors 34 generate or deliver the sensor signals 36, thus measuring the current VOC concentration 38.
In einem Schritt S4 führt das Auswertemodul 30 die Vorverarbeitung der Sensorsignale 36 zu den Sensordaten 46 hin durch.In a step S4, the evaluation module 30 preprocesses the sensor signals 36 into the sensor data 46.
In einem Schritt S5 übermittelt das Kommunikationsmodul 32 die Sensordaten 46 an die Zentralmodule 24.In a step S5, the communication module 32 transmits the sensor data 46 to the central modules 24.
In einem Schritt S6 ermitteln die Zentralmodule 24 anhand der empfangenen Sensordaten 46 basierend auf den VOC-Konzentrationen 38 die Brandkennwerte 48 für die jeweiligen Staufächer 12 und stellen diese bereit.In a step S6, the central modules 24 determine the fire characteristics 48 for the respective storage compartments 12 based on the received sensor data 46 and provide them based on the VOC concentrations 38.
In einem Schritt S7 wird die Passagierkabine 4 anhand der Brandkennwerte 48 auf Brand - hier sogar im Sinne einer drohenden Brandgefahr, bevor also ein eigentlicher Brand ausbricht - hin überwacht.In a step S7, the passenger cabin 4 is monitored for fire based on the fire characteristics 48 - here even in the sense of an imminent fire hazard, i.e. before an actual fire breaks out.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 22
- Passagierflugzeugpassenger aircraft
- 44
- PassagierkabinePassenger cabin
- 6a-c6a-c
- Kolonnecolumn
- 88
- Sitzreiherow of seats
- 1010
- Passagiersitzpassenger seat
- 1212
- Staufachstorage compartment
- 1414
- Innenwand (Staufach)Interior wall (storage compartment)
- 2020
- BrandmeldeanlageFire alarm system
- 2222
- SensormodulSensor module
- 2424
- ZentralmodulCentral module
- 2626
- KommunikationsverbindungCommunication connection
- 2828
- EnergiemodulEnergy module
- 3030
- AuswertemodulEvaluation module
- 3232
- KommunikationsmodulCommunication module
- 3434
- VOC-SensorVOC sensor
- 3636
- SensorsignalSensor signal
- 3838
- VOC-KonzentrationVOC concentration
- 4040
- Öffnungopening
- 4242
- Messraummeasuring room
- 4444
- Umgebung (Sensormodul)Environment (sensor module)
- 4646
- SensordatenSensor data
- 4848
- BrandkennwertFire index
- 5050
- Innenraum (Staufach)Interior (storage compartment)
- 5252
- Raum (zu sensieren)Space (to sense)
- 5454
- ZeitverlaufTimeline
- 5656
- Anstiegincrease
- 6060
- Batteriebattery
- 6262
- Energy-Harvesting-ModulEnergy harvesting module
- 6464
- AnschlussConnection
- 6666
- Versorgungsleitungsupply line
- 7070
- EinbaumodulBuilt-in module
- 7272
- HauptrechnersystemMain computer system
- 7474
- TeilimplementierungPartial implementation
- 7676
- NeuralbeschleunigerNeural accelerator
- 8080
- GehäuseHousing
- 8484
- Durchbrechungbreakthrough
- 8686
- Wandungwall
- 8888
- ZentralachseCentral axis
- 9090
- SpreizdübelExpansion dowel
- 9292
- Kerncore
- 9494
- PfeilArrow
- 9696
- Gewindethread
- 100100
- AuflageelementSupport element
- 102102
- Gewindeteilthreaded part
- 104104
- SpreizlascheSpreader tab
- 106106
- PfeilArrow
- 110110
- Erfassungselement (Temperatur)Detection element (temperature)
- 112112
- Erfassungselement (Druck)Detection element (pressure)
- 114114
- Erfassungselement (Volumen)Capture element (volume)
- 120120
- Objekt (zu überwachen)Object (to be monitored)
- TT
- Temperaturtemperature
- PP
- DruckPressure
- VV
- Volumenvolume
- tt
- ZeitTime
- t1,2t1,2
- Zeitpunkttime
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102024120628.4A DE102024120628B3 (en) | 2024-07-19 | 2024-07-19 | Early fire detection based on VOC concentration and passenger cabin for a passenger aircraft |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102024120628.4A DE102024120628B3 (en) | 2024-07-19 | 2024-07-19 | Early fire detection based on VOC concentration and passenger cabin for a passenger aircraft |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102024120628B3 true DE102024120628B3 (en) | 2025-09-25 |
Family
ID=96947960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102024120628.4A Active DE102024120628B3 (en) | 2024-07-19 | 2024-07-19 | Early fire detection based on VOC concentration and passenger cabin for a passenger aircraft |
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102024120628B3 (en) |
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-
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