DE2752064C2

DE2752064C2 - Rauchdetektor

Info

Publication number: DE2752064C2
Application number: DE2752064A
Authority: DE
Inventors: Juerg Dipl.-Phys. Eth Maennedorf Muggli; Erwin Zollikon Tresch
Original assignee: Cerberus AG
Current assignee: Cerberus AG
Priority date: 1977-11-22
Filing date: 1977-11-22
Publication date: 1979-10-18
Also published as: DE2752064B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Rauchdetektor mit einer Strahlungsquelle, welche Strahlung in einem Strahlungsbereich, der einen ausgedehnten Raumwinkelbere>ch umfaßt, aussendet, und wenigstens einem Strahlungsempfänger, der außerhalb des direkten Strahlungsbereiches der Strahlungsquelle angeordnet ist, und der an Rauchpartikeln im Strahlungsbereich gestreute Strahlung aufnimmt, sowie mit einer mit dem Strahlungsempfänger verbundenen Auswerteschaltung zur Signalgabe, wenn die vom Strahlungsempfänger aufgenommene Strahlung einen bestimmten Wert überschreitet.

Bei solchen Rauchdetektoren, wie sie beispielsweise in der Brandmeldetechnik Verwendung finden, kann die Strahlung je nach Art der nachzuweisenden Rauchpartikel im sichtbaren infraroten oder ultravioletten Wellenlängenbereich gewählt werden. Der Raumwinkelbereich der ausgesandten Strahlung und die Anord-

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^h5 nung des Strahlungsempfängers werden zweckmäßigerweise so gewählt, daß sich ein möglichst guter Wirkungsgrad ergibt, d. h. daß der Empfänger bereits bei geringer Rauchdichte eine möglichst große Streustrahlungsmenge aufzunehmen vermag. Eine geeignete Konstruktion ist beispielsweise im Scheizer Patent Nr. 5 92 932 angegeben.

Solche Rauchdetektoren haben jedoch den Nachteil, daß ihre Empfindlichkeit mit steigender Temperatur nachläßt Diese Erscheinung ist hauptsächlich durch Eigenschaftsänderungen der verwendeten Komponenten bei einer Temperaturerhöhung bedingt, insbesondere durch die Abnahme der Empfindlichkeit üblicher Strahlungsempfänger oberhalb einer bestimmten zulässigen Höchsttemperatur und durch die Abnahme der Strahlungsleistung üblicher Halbleiter-Lichtquellen mit steigender Temperatur. In F i g. 2 ist anhand von Kurve A diese Abnahme der Rauchempfindlichkeit eines vorbekannten Rauchdetektors mit der Temperatur T dargestellt Die Ordinate d stellt dabei diejenige Rauchkonzentration dar, bei welcher dieser Rauchdetektor ein Signal abgibt Man erkennt daß die zur Signalgabe erforderliche Rauchdichte d bereits knapp oberhalb von 30⁰C ansteigt d.h. der Rauchdetektor unempfindlicher wird.

In der Praxis führt dies dazu, daß bei einem Brand mit schnellem Temperaturanstieg ein solcher Rauchdetektor erst verspätet oder überhaupt nicht anspricht Um trotzdem eine Alarmsignalgabe sicherzustellen, ist es bekannt, im Rauchdetektor einen zusätzlichen Temperaturkontakt vorzusehen. Es ist auch bereits bekanntgeworden, bei einem Rauchdetektor zur Signalgabe bei Überschreitung einer bestimmten Maximaltemperatur einen Bimetallstreifen zu verwenden. Auf diese Weise kann zwar erreicht werden, daß bei einer vorgegebenen kritischen Temperatur, z. B. bei 70⁰C ein Signal gegeben wird, jedoch wird die langsame Empfindlichkeitsabnahme solcher Rauchdetektoren, welche bereits knapp oberhalb der Raumtemperatur, also schon weit unterhalb der kritischen Maximaltemperatur beginnt, keineswegs beseitigt.

Es ist auch bereits bekanntgeworden, die elektrische Schaltung durch Verwendung temperaturempfindlicher Elemente, z. B. von Thermistoren, so auszubilden, daß der Schwellenwert für die Ausgangsspannung des Strahlungsempfängers, bei welchem ein Signal ausgelöst wird, mit steigender Temperatur herabgesetzt wird. Eine solche Auswerteschaltung erfordert jedoch eine erhöhte Zahl von Komponenten und ist entsprechend aufwendig und störanfällig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile vorbekannter Rauchdetektoren zu vermeiden und insbesondere einen Rauchdetektor zu schaffen, bei welchem die Empfindlichkeitsabnahme bei Temperaturanstieg auf einfache und sichere Weise und ohne die Notwendigkeit einer Komplizierung der Auswerteschaltung vermieden wird.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet daß ein Bimetallelement vorgesehen ist, welches so ausgebildet und angeordnet ist, daß es sich bei einer Temperaturerhöhung allmählich in einen Bruchteil des Strahlungsbereiches hineinbewegt und dabei durch Strahlungsreflexion und/oder -streuung an seiner Oberfläche die Bestrahlung des Strahlungsempfängers in Abhängigkeit von der Temperatur graduell erhöht.

Statt einer Änderung der elektrischen Schaltung mit den erwähnten Nachteilen wird also hier die Vorbestrahlung des Strahlungsempfängers in Abhängigkeit

von der Temperaturerhöhung erhöht d.h. daß bei erhöhter Temperatur eine geringere Rauchdichte oder Sireustrahlungs-lntensität ausreicht ein Alarmsignal auszulösen. Dabei kann die Abhängigkeit der Vorbestrahlung von der Temperatur durch geeignete Wahl und Anordnung des Bimetallelementes beispielsweise so gesteuert werden, daß die Rauchempfindlicbkeit des gesamten Rauchdetektors etwa bis zu einer kritischen Temperatur, die beispielsweise in der Umgebung von 70° C gewählt werden kann, nahezu konstant bleibt und bei Überschreitung dieser kritischen Temperatur sofort ein Alarmsignal ausgelöst wird (Kurve B in F i g. 2). Stattdessen kann es jedoch auch zweckmäßig sein, die Vorbestrahlung des Strahlungsempfängers so zu steuern, daß die Empfindlichkeit bei steigender Temperatur graduell zunimmt Ein solcher Rauchdetektor spricht also bei höherer Temperatur schneller an als bei niedrigerer Temperatur. Hierdurch wird eine möglichst frühzeitige Alarmgabe bei einem GefaL/enzustand gewährleistet

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren wiedergegebenen Ausführungsbeispiele erläutert

F i g. 1 zeigt ein erstes Beispiel eines erfindungsgemä Ben Rauchdetektors.

Anhand der in F i g. 2 wiedergegebenen Empfindlichkeitsänderung verschiedener Rauchdetektoren mit der Temperatur wird die Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Rauchdetektors erläutert

F i g. 3 zeigt ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Rauchdetektors.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Meßvolumen 1 von einem rohrförmigen Gehäuse 2 umschlossen, welches an beiden Enden durch Basisplatten 3 und 4 derart abgeschlossen wird, daß zwischen Gehäuse 2 und diesen Basisplatten 3 und 4 ringförmige Eintrittsöffnungen 5 zum Eintritt der Umgebungsluft in das Meßvolumen 1 entstehen. Dabei können hinter den Eintrittsöffnungen Schikanen 6 angeordnet sein, um den Eintritt direkten Lichtes von außen zu verhindern. Auf der Basisplatte 3 ist ein Trägerelement 7 für die Strahlungsquelle 8 angebracht. Diese kann zwar im Prinzip beliebig ausgeführt sein, z. B. als Glühlampe oder als Entladungslampe, jedoch ist es besonders zweckmäßig, Strahlungsquellen mit kleinen Abmessungen zu wählen, deren Strahlung sich leicht bündeln läßt. bzw. solche, weiche bereits Strahlung in bevorzugten Richtungen emittieren. Daher haben sich lichtemittierende Halbleiter, z. B. LASER-Dioden, als besonders geeignet erwiesen. Für Rauchdetektoren, die zur Brandmeldung Verwendung finden, können z. B. Galliumarseniddioden benützt werden. Durch optische Mittel 9 wird die ausgesandte Strahlung in den gewünschten Raumwinkelbereich gelenkt. Im dargestellten Beispiel wird durch eine geeignete Optik 9 und durch Abschirmblenden 13 und 41 erreicht daß der Strahlungsbereich der Strahlungsquelle die Form eines Kegelringes 10 oder Kegelmantels um die Geräteachse erhält.

Auf der entgegengesetzten Basisplatte 4 ist ein weiteres Trägerelement 11 für den Strahlungsempfänger 12 angebracht. Der Empfänger 12 befindet sich in der Geräteachse, so daß er von direkter Strahlung der Strahlungsquelle 8 praktisch nicht getroffen wird, jedoch aus einer kegelförmigen Zone aus an Partikeln in der Meßkammer 1 vorwärtsgestreute Strahlung erhält. Hierdurch wird mit einem einzigen Strahlungsempfänger ein größerer Streubereich erfaßt, als dies bei anderen Rauchdetektoren möglich war, und zwar gerade derjenige Raumwinkelbereich. in welchem die Streustrahlung eine besonders große Intensität besitzt Ein solcher Rauchdetektor weist also eine erhöhte Empfindlichkeit auf.

In einem Hohlraum 15 des Trägerelementes 11 ist die Steuer- und Auswerteschaltung für die Strahlungsquelle 8 und den Strahlungsempfänger 12 angeordnet Diese kann im Prinzip in beliebiger, bekannter Form ausgeführt sein, ohne daß zur Anwendung der Erfindung

ίο Änderungen erforderlich sind. Beispielsweise kann eine bekannte Koinzidenzschaltung von Strahlungsquelle 8 und Strahlungsempfänger 12 vorgesehen sein. Die Schaltung ist weiterhin mit Kontakten 16 an der Außenseite der Basisplatte 4 verbunden, an welche zu

ι·; einer Signalzentrale führende Leitungen angeschlossen werden können, an die ein Signal gegeben werden kann, sobald die Rauchdichte in der Meßkammer einen bestimmten Wert überschreitet

An einem Teil der Gehäusewand 2 ist außerhalb des

Strahlungsbereiches 10 ein Bimetallstreifen 20 vorgesehen, und zwar so, daß er bei normaler Raumtemperatur ganz außerhalb des Strahlungsbereiches 10 liegt Bei einer Temperaturerhöhung verbiegt sich der Bimetallstreifen 20 jedoch so, daß sein freies Ende 21 in den Strahlungsbereich 10 gerät Durch Reflexion und/oder Streuung am Streifenende 21 enthält dabei der Strahlungsempfänger 12 eine zusätzliche Bestrahlung. Durch geeignete Wahl der Strahlungsverteilung im Strahlungsbereich 10 und der Bewegung

jo des Bimetallstreifens 20 bei Temperaturerhöhung wird dabei erreicht, daß diese zusätzliche Bestrahlung des Strahlungsempfängers 12 allmählich mit steigender Temperatur zunimmt.

In F i g. 2 ist die Abhängigkeit der für die Signalgabe

S5 erforderlichen Rauchdichte d von der Temperatur Ffür verschiedene Rauchdetektoren dargestellt. Kurve A entspricht einem vorbekannten Rauchdetektor ohne zusätzliches Bimetallelement. Man erkennt, daß die für die Signalgabe erforderliche Rauchdichte d bereits knapp oberhalb der Raumtemperatur stark ansteigt, d. h. daß die Rauchempfindlichkeit entsprechend stark abnimmt. Durch geeignete Wahl und Anbringung des Bimetallstreifens 20 im Ausführungsbeispiel der Erfindung nach F i g. 1 kann jedoch erreicht werden, daß der Rauchdetektor eine Charakteristik entsprechend Kurve B annimmt, bei welcher die Rauchempfindlichkeit zwischen der Raumtemperatur und einer erhöhten kritischen Temperatur, z. B. 70° C, nahezu konstant bleibt und bei Überschreitung dieser kritischen Temperatur auf Null absinkt, d. h. daß in diesem Fall sofort auch ohne Vorhandensein von Rauch ein Alarmsignal gegeben wird. Auf diese Weise wird die Empfindlichkeitsabnahme eines solchen Rauchdetektors mit steigender Temperatur nahezu vollständig kompensiert, und zwar bis zu einer kritischen Temperaturgrenze, bei welcher ohnehin ein Alarmsignal gegeben werden muß. Es ist auch möglich, durch geeignete Wahl und Anordnung des Bimetallstreifens 20 eine Überkompensation zu erzielen, wie sie in Kurve Cdargestellt ist.

Dabei steigt die Empfindlichkeit bei steigender Temperatur an, so daß bei erhöhter Temperatur bereits

bei einer geringeren Rauchdichte ein Alarmsignal ausgelöst wird.

Fig.3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wel-

h5 ches sich durch besonders einfache Konstruktion und entsprechend leichte und wenig aufwendige Montierbarkeit auszeichnet. Daher dient Sockelteil 30, an dessen Oberseite Kontakte 32, die beispielsweise als Bajonett-

Verriegelungen ausgebildet sein können, vorgesehen sind, zum Anschluß des Rauchdetektors an Signalleitungen, welche zu einer Signalzentrale führen. In Hohlräumen 31 sind Komponenten einer elektrischen Steuer- und Auswerteschaltung bekannter Art vergossen eingebettet. In eine zentrale Bohrung des Sockelteiles 30 ist ein in der Mitte topfförmiges, am Rand scheibenförmiges Teil 33 eingesetzt, welches im Zentrum die Strahlungsquelle 8 mit der zugehörigen Optik, d. h. beispielsweise einem Reflektor 34 und einer Linsenfläche 35 enthält. Diese Optik kann beispielsweise so ausgeführt sein, daß eine kegelringförmige oder kegelmantelförmige .Strahlungscharakteristik entsteht

Auf dem scheibenförmigen Rand dieses iopffönnigen Teiles 33 ist ein haubenförmiges Teil 36 aufgesetzt Das topfförmige Teil 33 und das haubenförmige Teil 36 umschließen das Meßvolumen 1. Zum Eintritt der Umgebungsluft in das Meßvolumen 1 sind im haubenförmigen Teil 36 einige öffnungen 38 vorgesehen. Auf der Innenseite im Zentrum ist auf diesem Teil 36 ein transparenter Körper 37 angebracht, welche, den Strahlungsempfänger 12 derart umschließt daß aus dem ganzen Halbraum Streustrahlung auf den Strahlungsempfänger 12 auftreffen kann. Im Zentrum des Kunststoffteiles 37 ist ein stiftförmiges Gebilde 41 eingelassen, welches mehrere Blenden 42 zur Abschirmung der direkten Strahlung vom Strahlungsempfänger trägt Das freie Ende dieses Stiftes 41 drückt in die Vertiefung der Rotationsfläche 35 der Strahlungsquelle und fixiert somit die einzelnen Teile gegeneinander.

Auf dem gesamten Aufbau ist ein Gehäuse 39 aufgesetzt in welchem Öffnungen 5 zum Eintritt der Luft in das Innere vorgesehen sind. Diese öffnungen 5 im Gehäuse 39 sind gegenüber den öffnungen 38 im haubenförmigen Teil 36 so weit versetzt daß von außen kein direktes Licht in das Meßvolumen 1 eindringen kann, daß jedoch die Außenluft nach Durchströmung des Zwischenraumes zwischen Gehäuse 39 und haubenförmigem Teil 36 durch die öffnungen 38 in das Meßvolumen 1 eintreten kann. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Bimetallstreifen 22 vorgesehen, welcher am scheibenförmigen Teil 33 so befestigt ist, daß er bei Normaltemperatur außerhalb des Strahlungsbereichs der Strahlungsquelle 8 liegt. Bei einer Temperaturerhöhung verbiegt sich jedoch der Bimetallstreifen 22 und dessen freies Ende 23 gerät in den Strahlungsbereich, so daß an diesem Ende reflektierte oder gestreute Strahlung zusätzlich auf den

ίο Strahlungsempfänger 12 gelangt Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Bimetallstreifen 22 so ausgebildet und angeordnet daß bei steigender Temperatur eine allmählich steigende zusätzliche Bestrahlung des Strahlungsempfängers 12 eintritt und

!5 eine Charakteristik beispielsweise entsprechend Kurve Z?oder Cvon F i g. 2 erreicht werden kann.

Um eine möglichst gute Einstellbarkeit der Zusatzbestrahlung durch das Bimetall zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Zusatzstrahlung in der gleichen Größenordnung zu wählen wie die Streustrahlung bei der zur Signalauslösung erforderlichen Rauchdichte. Da jedoch die Intensität der am Bimetall reflektierten oder gestreuten Strahlung um ein Vielfaches größer ist als die Streustrahlung an Rauchpartikeln, ist es zweckmäßig, das Bimetallelement so zu wählen, daß es nur einen kleinen Teil des Strahlungsbereiches der Strahlungsquelle erfaßt beispielsweise weniger als ein Zehntel des Strahlungsbereiches. Andererseits ist es von Vorteil, den Strahlungsbereich der Strahlungsquelle so auszubilden, daß dieser einen ausgedehnten Raumwinkelbereich umfaßt. Es hat sich erwiesen, daß ein solcher Rauchdetektor mit einem ausgedehnten Strahlungsbereich, z. B. mit einer kegelring- oder kegelmantelförmigen Strahlungscharakteristik und einem zusätzlichen Bimetallelement, das nur einen sehr geringen Teil dieses Strahlungsbereiches beeinflußt sich eine Kompensation des Temperaturganges der Rauchempfindlichkeit besonders zuverlässig und einfach erreichen läßt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rauchdetektor mit einer Strahlungsquelle, welche Strahlung in einem Strahlungsbereich, der einen ausgedehnten Raumwinkelbereich umfaßt. ·> aussendet und wenigstens einem Strahlungsempfänger, der außerhalb des direkten Strahlungsbereiches der Strahlungsquelle angeordnet ist und der an Rauchpartikeln im Strahlungsbereich gestreute Strahlung aufnimmt sowie mit einer mit dem to Strahlungsempfänger verbundenen Auswertesdtialtung zur Sigrcalgabe, wenn die vom Strahlungsempfänger aufgenommene Strahlung einen bestimmten Wert überschreitet dadurch gekennzeichnet, daß ein Bimetallelement (20, 22) vorgesehen is ist welches so ausgebildet und angeordnet ist daß es sich bei einer Temperaturerhöhung allmählich in eines Bruchteil des Strahlungsbereiches (10) hineinbewegt und dabei durch Strahlungsreflexion und/ oder -streuung an seiner Oberfläche (21, 23) die Bestrahlung des Strahlungsempfängers (12) in Abhängigkeit von der Temperatur graduell erhöht

2. Rauchdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Bimetallelement (20,22) so ausgebildet und angeordnet ist, daß die zusätzliche Bestrahlung des Strahlungsempfängers (12) bei einer Temperaturerhöhung derart erfolgt daß die Empfindlichkeitsänderung vom Strahlungsempfänger (12) und/oder Strahlungsquelle (8) bis zu einer vorbestimmten kritischen Temperatur wenigstens angenähert kompensiert wird.

3. Rauchdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Bimetallelement (20, 22) derart ausgebildet und angeordnet ist daß die zusätzliche Bestrahlung des Strahlungsempfängers >^r> (12) derart erfolgt, daß diejenige Rauchdichte, bei der der Rauchdetektor ein Signal auslöst mit steigender Temperatur herabgesetzt wird.

4. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1 -3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimeiallelem jnt <·« (20,22) so ausgebildet und angeordnet ist, daß es bei einer Temperaturerhöhung weniger als ein Zehntel des Strahlungsbereichs beeinflußt.

5. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsbereich ^ (10) der Strahlungsquelle (8) die Form eines Kegelringes bzw. Kegelmantels aufweist.