Die meisten Präsenz- und Bewegungsmelder haben einen runden Erfassungsbereich von 360°, dessen Fläche meist größer als der zu überwachende Raum ist. So werden Räume wie Büros oder Konferenzräume passend abgedeckt.
Für längliche Bereiche wie Korridore würden jedoch verhältnismäßig viele Melder mit rundem Erfassungsbereich benötigt. Deshalb gibt es Präsenzmelder, deren Erfassungsbereich mit Hilfe einer speziellen Optik in die Länge gezogen wird. Sie ermöglichen eine zuverlässige Bewegungserkennung über eine weite Strecke, auch wenn sich die Person frontal auf den Melder zu bewegt.

Prägend für große Gebäude mit vielen Räumen, wie z. B. Verwaltungs- oder auch Schulgebäude, sind die langen Flure, die die Räume miteinander verbinden. Häufig liegen die Flure im Inneren des Gebäudes, oftmals sind sie sogar fensterlos. Den Tag über werden die Flure immer wieder kurzzeitig stark frequentiert, einen Großteil des Tages sind sie hingegen nur sporadisch genutzt.
Und dennoch müssen sie aus Sicherheitsgründen jederzeit gut ausgeleuchtet werden, damit jeder Nutzer sicher zu seinem Ziel gelangt. In vielen Gebäuden ist deshalb das Licht in den Fluren dauerhaft aktiviert, obwohl die Flure immer nur kurz genutzt werden.
Mit Korridor-Präsenzmeldern kann hingegen das Licht energie- und kosteneffizient geschaltet werden. Bei Unterschreitung der erforderlichen Beleuchtungsstärke wird die Beleuchtung bei erkannter Bewegung eingeschaltet, allerdings wird das Licht auch automatisch ausgeschaltet, wenn das Tageslicht ausreicht oder niemand mehr den Flur benutzt. Lichtschalter werden nicht mehr benötigt, wenn der Melder im Vollautomatikbetrieb läuft.

Zwei Sensorflächen ermitteln Differenzen

Bild 1: Bewegung tangential zum Melder

Wie die meisten Präsenzmelder arbeiten Korridor-Melder mit PIR-Technologie (Passiv-Infrarot, siehe Kasten), d. h. sie detektieren Wärmestrahlung als Bewegung. Um auch Bewegungen in der Ferne erkennen zu können, hat ein PIR-Präsenzmelder eine Linse, welche die auf den Sensor auftreffende Strahlung bündelt. Der Sensor reagiert auf Differenzen, daher besteht er aus zwei Sensorflächen. Damit eine Bewegung registriert wird, muss die Strahlung nacheinander auf beide Sensorflächen auftreffen.

Bild 2: Bewegung frontal auf den Melder zu

Durch die Struktur und die Brennweite der Linse wird die Oberfläche des Bodens in Sektoren aufgeteilt. Damit der Melder eine Bewegung sicher erkennen kann, müssen mindestens zwei Sektoren durchquert werden. Bei einer Bewegung tangential zum Melder (Bild 1) werden mehr Sektoren durchquert als bei einer Bewegung über die gleiche Länge der Strecke frontal auf den Melder zu (Bild 2).

Infrarotstrahlung liegt im elektromagne­tischen Spektrum zwischen sichtbarem Licht und Mikrowellen. Sie ist in erster Linie Wärmestrahlung und wird durch Bewegungen von Atomen und Molekülen in einem Objekt produziert. Das bedeutet, dass jedes Objekt mit einer Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunkts, also sogar ein Eiswürfel, im Infrarotbereich strahlt.
Je höher die Temperatur ist, desto stärker bewegen sich die Atome und Moleküle und desto mehr Infrarotstrahlung produzieren sie. Die von Lebewesen erzeugte Infrarotstrahlung ist nicht homogen, was unter Verwendung einer Infrarotkamera deutlich sichtbar wird. Von den Lebewesen strahlen Menschen aufgrund ihrer Körpertemperatur von 37 °C am stärksten im Infrarotbereich, mit einer Wellenlänge von ungefähr 10 µm.
Der Mund ist z. B. deutlich wärmer als die Finger, was bedeutet, dass die vom Mund ausgehende Infrarotstrahlung entsprechend stärker ist als die von den Fingern ausgehende Strahlung. Passiv-Infrarot-Sensoren (PIR-Sensoren) arbeiten im gleichen Wellenlängenbereich von 10 µm und ermöglichen eine Nutzung der Infrarotstrahlung zur Bewegungserfassung, da sie optimal auf die Wärmestrahlung eines Menschen oder Tieres ansprechen. Passiv-Infrarot bedeutet, dass die Sensoren keine Strahlung aussenden, sondern nur empfangen und auswerten.
Mehr Informationen:
https://www.bfs.de/DE/themen/opt/ir/ir_node.html;jsessionid=2FB8AD846E97C935EB7C46C041086892.2_cid339

Ovaler statt runder Erfassungsbereich

Je größer der Abstand zum Melder (beispielsweise durch eine höhere Montagehöhe) ist, umso größer sind die von der Linse projizierten Sektoren. Somit werden bei einer Bewegung in größerem Abstand zum Melder weniger Sektoren durchquert. Findet Bewegung nur innerhalb eines Sektors statt, erkennt der Melder diese nicht.
Moderne Melder besitzen neben einer engmaschigen Linse und einer guten Auswertungselektronik nicht nur einen, sondern mehrere Sensoren. Je nach Anordnung dieser Sensoren verändert sich der Erfassungsbereich. Liegen drei Sensoren auf einer Linie, so ist der Erfassungsbereich nicht rund, sondern oval.
Dies ist z. B . bei dem speziellen GH-Melder mit Teleskoplichtfühler von B.E.G. der Fall. Er ist auf die besonderen Anforderungen zur Erfassung von Bewegungen und zur tageslichtabhängigen Regelung in langen Hochregallagergängen angepasst.

Fresnellinsen bündeln das Licht

Um den Erfassungsbereich noch mehr in die Länge zu strecken, kommen bei Korridormeldern Fresnellinsen zum Einsatz. Diese besonders flachen Linsen wurden ursprünglich für Leuchttürme entwickelt, sie bündelten auf begrenztem Raum das Licht zu einem weit sichtbaren Lichtstrahl. Auf der Melderlinse eingesetzt, bündeln sie die einfallende Wärmestrahlung aus weiter Entfernung so stark, dass sie vom Sensor erkannt werden kann.
Die Fresnellinsen auf dem Korridormelder sind so ausgerichtet, dass sie auf einer Montagehöhe zwischen 2,4 m bis 2,6 m optimal arbeiten. Da sie nicht beweglich sind, führt die Montage außerhalb dieser Höhe zu Lücken im Erfassungsbereich. Um den Korridormelder optimal zu nutzen, muss dieser also immer auf seiner notwendigen Montagehöhe installiert werden.
Für die richtige Ausrichtung der Sensoren entlang des Ganges sind die Melder bei Lieferung mit Pfeilaufklebern gekennzeichnet. Diese müssen nach der Montage entfernt werden, da sie ansonsten »tote Bereiche« in der Erfassung erzeugen. Richtig ausgerichtet decken Korridormelder den Flur entlang bis zu 40 m ab. Durch die großen Erfassungsbereiche der Geräte können die Gänge mit wenigen Präsenzmeldern komplett abgedeckt werden.

Präsenzmelder für große Höhen wie in Lagerhallen

In großen Lagerhallen stellt sich die Situation anders als in Bürofluren dar. Hier sind viele Leuchten erforderlich, um eine flächendeckende Beleuchtung zu gewährleisten. Jedoch halten sich meist nur in Teilbereichen des Lagers Personen auf, so dass Licht nur in diesen Bereichen in ausreichender Menge vorhanden sein müsste. Lagerhallen besitzen meist Hauptgänge, von denen die Lagergänge abgehen. In einem Lagergang wird erst Licht benötigt, wenn eine Person den Lagergang betritt.
Bei einer Montagehöhe von 16 m kann, je nach Wärmestrahlung des Objektes, der Melder einen Erfassungsbereich von 30 m abdecken. Dieser große Erfassungsbereich verleitet dazu, jeweils nur einen Melder mittig in den Lager- oder Regalgängen zu platzieren. Würde der Melder jedoch so montiert, könnte sein Erfassungsbereich bis in den Hauptgang reichen.

Bild 3: Der Erfassungsbereich eines mittig im Regalgang montierten Präsenzmelders reicht oft bis in den Hauptgang – eine Fehlplanung

In diesem Fall kommt es zu Fehlschaltungen, wenn der Hauptgang genutzt wird. Diese Fehlerquelle ist auch durch Abdecklamellen nicht sauber zu beheben.

Fehl- und Spätschaltungen vermeiden

Auch eine zweite Überlegung spricht gegen die mittige Installation: Das Betreten des Regalgangs ist eine Bewegung frontal auf den Melder zu. Aufgrund der Entfernung zwischen Anfang des Regalgangs und Montageort des Melders sind die Sektoren an den Eingängen groß. Es dauert also, bis ein zweiter Sektor betreten und somit Bewegung erfasst wird, was bedeutet, dass ein Einschalten des Lichts erst spät erfolgt.
Um diese Fehl- und Spätschaltungen zu vermeiden, werden optimalerweise die Melder nicht mittig, sondern an den Kopfenden der Regalgänge montiert. Für einseitig begehbare Gänge bis 15 m Länge wird nur ein Melder an der Eingangsseite benötigt. Wenn Gänge von beiden Seiten aus zugänglich sind, wird an jedem Kopfende ein Melder montiert.

Bild 4: Von beiden Seiten aus zugängliche Gänge bis 30 m benötigen einen Melder an jedem Kopfende

Ist der Gang länger als 2 x 15 m, sollte in der Mitte ein zusätzlicher Slave-Melder gesetzt werden, also ein zusätzlicher Melder für alle 30 m.

Bild 5: Längere Gänge, die von beiden Seiten aus zugänglich sind, erfordern alle 30 m einen zusätz­lichen Slave-Melder

Das Master-Slave-Prinzip

Die Melder eines Ganges arbeiten jeweils in einem Master-Slave-Verfahren zusammen: Alle Melder reagieren auf Bewegung, aber nur das Master-Gerät schaltet das Licht. Das Slave-Gerät sendet Signale über erkannte Bewegung an das Master-Gerät. Die Erfassungsbereiche der Melder müssen sich dabei überschneiden.

Bild 6: Planungsbeispiel für ein Lager mit 10 m Montagehöhe

Dieses sogenannte Master-Slave-Prinzip lässt sich natürlich nicht nur in Korridoren und Lagergängen anwenden, sondern in allen Räumlichkeiten, wo eine größere Anzahl Leuchten gleichgeschaltet wird. Dabei gibt es für die Anzahl der Slave-Geräte keine Obergrenze, wir empfehlen aber nicht mehr als fünf Slave-Geräte an einem Master anzuschließen, da sich sonst die Analyse bei evtl. Fehlschaltungen als schwierig erweist.
Damit Bewegungen in den Hauptgängen nicht detektiert werden, wird die zum Hauptgang zeigende Seite der Linse mit den beiliegenden Abdecklamellen abgedeckt. Häufig gibt es mehrere parallele Regalgänge, die durch offene Regale voneinander getrennt sind. Da der Melder durch die offenen Regale auch Bewegungen in Nachbargängen erkennen kann, empfiehlt es sich, auch diese seitlichen Bereiche durch Abdecklamellen auszublenden.

Bild 7: Durch Abdecklamellen kann der Überwachungsbereich angepasst werden

Montagehöhe und Umgebungstempe­ratur beachten

Für die optimale Planung der Melder zur Bewegungserfassung und Beleuchtungssteuerung in Hochregallagern muss darüber hinaus stets die Deckenhöhe und Umgebungstemperatur beachtet werden. Präsenzmelder erfassen Wärmestrahlen von sich bewegenden Objekten, dabei hat die Umgebungstemperatur Einfluss auf die Erfassung. Bei 15 °C ist eine Montagehöhe von bis zu 16 m möglich.
Die Wärmestrahlen können auch durch die örtlichen Gegebenheiten eingeschränkt werden, ebenso durch dicke Kleidung in Kühlhäusern, Schutzhelme oder andere Einflussfaktoren (s. Kasten). Eine sichere Erkennung bis zu 16 m kann dann nicht mehr gewährleistet werden, da das natürliche Signal der IR-Strahlung gedämpft wird– die maximale Montagehöhe würde sich entsprechend reduzieren. In einem solchen Fall empfiehlt es sich, die Rahmenbedingungen durch Testmuster vorab zu prüfen.

Einflussfaktoren bei der Bewegungsdetektion

  • Temperatur: Eine höhere Temperatur, und somit eine stärkere Strahlung, wird vom Sensor besser erkannt. Beispielsweise kann die Bremsscheibe eines LKWs eine höhere Temperatur aufweisen als ein Mensch und somit bei gleicher Entfernung besser erkannt werden.
  • Entfernung: Da die Strahlung über die Distanz schwächer wird, kann der Sensor eine Bewegung in 2 m Entfernung besser erkennen als eine Bewegung in 20 m Entfernung.
  • Dämpfung: Durch Kleidung kann die vom Körper abgegebene Strahlung gedämpft werden, das heißt, dass durch warme Winterkleidung oder Motorradkleidung weniger Strahlung dringt als durch dünne Sommerkleidung. Glas absorbiert sogar gänzlich IR-Strahlung im Bereich von 10 µm.
  • Temperaturdifferenz: Die vom Körper eines Menschen abgegebene Strahlung ist in einer kühlen Umgebung stärker als in einer warmen Umgebung. So wird eine Bewegung vor einer durch die Sonne erwärmten Wand vom Sensor schlechter erkannt als eine Bewegung vor einer kühlen Wand. Als Faustformel sollte die Temperaturdifferenz daher mindestens 2 °C betragen.

Präsenzmelder und Lichtregelung

Präsenzmelder können das Licht regeln, d. h. einen gewünschten Helligkeitswert im Raum durch Dimmen der künstlichen Beleuchtung konstant halten. Dafür muss der Melder über einen Helligkeitssensor die Luxstärke in seiner Umgebung permanent messen. Diese Messung basiert im Wesentlichen auf der Reflexion des Lichts vom Boden. Melder und Leuchten sind für gewöhnlich an oder in der Decke angebracht. Somit strahlen die Leuchten das Licht zum Boden ab, wobei ein Teil des Lichts zur Decke reflektiert wird. Der Melder misst das vom Boden reflektierte Licht. Liegt der gemessene Lichtwert unter dem eingestellten Lichtwert, schaltet der Melder das Licht ein und regelt es auf den eingestellten Wert, so dass im Raum immer eine konstante Helligkeit vorhanden ist.
Je höher der Melder hängt, desto schwieriger wird es, die Reflexionen zu messen, da die Lichtmenge, die am Melder ankommt, in Abhängigkeit zu der Montagehöhe abnimmt. Außerdem wird der runde Erfassungsbereich des Helligkeitsensors bei großer Montagehöhe von den Regalen teilweise verdeckt, denn auch dieser vergrößert sich mit der Montagehöhe.
Um die Helligkeitsmessung zu ermöglichen, verfügen z. B. PD4-GH-Melder über einen herausziehbaren Teleskoplichtfühler, der mit seiner großen Linse eine punktuelle Lichtmessung am Boden ermöglicht. Je nach realer Montagehöhe kann der Teleskop­lichtfühler passend herausgezogen werden. So wird der Erfassungsbereich des Helligkeitssensors verkleinert, bis er mit einem Durchmesser von 3 m bis 4 m ausschließlich die glatte Bodenfläche abdeckt und keine Beeinträchtigungen durch die Regale mehr hat.

Dennis Plate
Schulungsleiter der B.E.G. Brück Electronic GmbH, Lindlar
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