DE4336406A1 - Wärmepeilgerät zur Brandbekämpfung unter erschwerten Bedingungen - Google Patents

Description

Bei Bränden mit starker Rauchentwicklung erfolgt der Einsatz von Löscheinheiten unter außerordentlich erschwerten Bedingungen.

Neben dem obligatorischen Tragen von Atemschutzausrüstungen ist insbesondere die Aufklärung der eigentlichen Brandherde bei starker Rauchentwicklung sehr erschwert. Das führt neben unmittelbaren Gefährdungen für das Feuerwehrpersonal, z. B. wegen Verlust von Sicht- und ggf. Kommunikationskontakt, dazu, daß wegen der notwendig ungezielten Brandbekämpfung der Wasserschaden häufig den unmittelbaren Brandschaden überwiegt. Für die Ortung von Brandherden, Glut- und Hitzenestern ist zwar Gerätetechnik verfügbar, die jedoch wegen der Gerätekosten und der Handhabungseigenschaften für breitere, d. h. allgemein verbreitete Anwendungen nicht in Frage kommen, z. B.

• - Wärmebildtechnik, die im Kurz- und Langwellenbereich der IR-Strahlung (2 . . . 4 µm, 7 . . . 14 µm) arbeitet,
• - Video-Sichtgeräte im sichtbaren Spektrum und nahem IR-Bereich, die speziell für Feuerwehranwendungen entwickelt und angeboten werden, z. B. zur Personensuche in verqualmten Räumen,
• - IR-Pyro-Temperaturmeßgeräte, arbeiten relativ schmalwinklig und müssen bei der Handhabung (Meßvorgang) ruhig gehalten werden.

Obige Verfahren sind wegen der Handhabungsbedingungen, die in der Regel speziell geschultes Personal erfordern sowie wegen der Anschaffungskosten für eine breitere Anwendung bei der Feuerwehr nicht geeignet und bleiben deshalb auf wenige Berufs- und Betriebsfeuerwehren sowie den Katastrophenschutz beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges und leicht handhabbares Wärmepeilgerät zur Brandbekämpfung unter erschwerten Bedingungen zu schaffen, das sich durch geringes Gewicht und Volumen sowie geringen Energieverbrauch auszeichnet und für den Einsatz als Handbeobachtungs- und Peil­ gerät für den Löschtruppführer, als Helmzusatzvisier sowie als Peilzusatz zum Mehrzweckstrahlrohr und Wasserwerfer vorgesehen ist.

Bei der Brandbekämpfung soll das Wärmepeilgerät weitgehend un­ abhängig von der Bestrahlungsdichte am Einsatzort eine möglichst spitze Peilcharakteristik mit weitwinkliger Basis aufweisen. Es soll auch durch Rauch und Löschwasserdampf sowie vor dem Wasser-Hitzeschild des Mehrzweckstrahlrohres eindeutig das Zentrum von Brandherden sowie Glut- und Hitzenestern erkennen lassen.

Nach Abschluß des Peilvorganges soll am Gerät eine quanti­ tative Anzeige über die Wärmeabstrahlungsbelastung am Einsatz­ ort ablesbar sein.

Die Übermittlung des Peilsignalpegels vom Gerät zum Menschen soll so erfolgen, daß sein Handlungsspielraum bei der Brand­ bekämpfung nicht eingeschränkt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine optoelektronische Einrichtung (Fig. 1) gelöst, bei der ein für Wärmestrahlung empfindlicher Detektor (1) hinter einer IR-durchlässigen Linse (2) exakt in dem Abstand s vom Brennpunkt F der Linse ange­ ordnet ist, in dem der Durchmesser des divergierenden Strahlen­ bündels sämtlicher achsparallel in die Linse einfallenden Strahlen genau dem Durchmesser D des Detektors (1) entspricht, während der Anteil der schräg einfallenden Strahlen, der auf dem Detektor auftrifft, mit zunehmendem Winkel kontinuierlich geringer wird. Vor dem Detektor (1) ist das Filter (3) ange­ ordnet, das nur für den Wellenlängenbereich von 8 µm bis 13 µm durchlässig ist. Dieser Wellenlängenbereich entspricht dem langwelligsten Transmissionsfenster für Wasserdampf.

Die Nutzung der größtmöglichen Detektionswellenlänge bringt zwei weitere Vorteile:

Sie ermöglicht eine bessere Durchdringung von Rauch, da der Absorptionskoeffizient von Rauch mit zunehmender Wellenlänge stetig abnimmt, und sie gestattet, den gesamten Meßbereich wesentlich einzuengen, da die ungefilterte Gesamtstrahlung einer Wärmequelle nach dem Gesetz von Stefan und Boltzmann mit der vierten Potenz der absoluten Temperatur zunimmt (∼T⁴) aber der langwellige Anteil der Strahlung nach dem Gesetz von Raleigh und Jeans bei großen Werten des Produktes der Wellen­ länge (λ) mit der absoluten Temperatur (T) nur noch linear mit der Temperatur (∼T¹) ansteigt.

Der Detektor (1) ist über den A/D-Wandler (4) an die LED-Zeile (5) angeschlossen, der den Pegel der empfangenen Wärmestrahlung in eine leuchtende Säule oder einen wandernden Lichtzeiger digitalisiert. Die Signalisation kann auch akustisch mittels zunehmender Tonfrequenz durch Einkoppeln in vorhandene Hör- und Sprechgeräte (6) erfolgen.

Wenn der Pegel der Wärmestrahlung den maximalen Anzeigewert überschreitet, wird durch die Steuerschaltung (7) der Motor (8) in Betrieb gesetzt, der die Blende (9) in den Strahlengang bewegt. Die Blende (9) läßt einen definierten Anteil der Wärmestrahlung zum Detektor (1) gelangen, während der andere Teil reflektiert wird. Die Blende (9) ist so gestaltet, daß sie den Strahlungsquerschnitt nicht vignettiert, sondern im Innern des Strahlungsbündels die Strahlungsdämpfung erfolgt, damit die Peilcharakteristik nicht verändert wird.

Wenn die Dämpfung nach der Einbringung der Blende (9) in den Strahlengang nicht ausreichend ist und der empfangene Wärme­ pegel immer noch zu groß ist, wiederholt sich automatisch der Vorgang und es wird die nächste Blende in den Strahlengang gebracht, die entsprechend stärker dämpft, bis die maximal empfangene Wärmestrahlung (Peilmaximum) unterhalb der Umschaltschwelle angezeigt wird.

Auf einer zweiten mehrfarbigen LED-Zeile (10) wird die Nummer der eingebrachten Blende und damit die thermische Bestrahlungs­ dichte am Einsatzort angezeigt. Die Rückführung der Blenden erfolgt nicht automatisch, sondern manuell.

Eine kostengünstige Variante des Wärmepeilgerätes kann dadurch realisiert werden, indem das Anbringen und Wechseln der reflektierenden und nicht vignettierenden Blenden manuell durch den Bediener des Gerätes erfolgt.

Eine konkrete Ausführung der Erfindung ist die Kombination des Wärmepeilers mit einem Fernglas zu einem Gerät, bei der der rotationssymmetrische Peilbasiswinkel der Gesichtsfeld­ begrenzung des Fernglases entspricht und die strahlungs­ anzeigende LED-Zeile in das Gesichtsfeld des Fernglases eingespiegelt wird.

Eine weitere konkrete Ausführung der Erfindung entsteht durch die Integration des Wärmepeilers in den Schutzhelm einer Atemschutzausrüstung, wobei die Richtung des Peilmaximums als Zielmarke über ein Augenschutzglas in das Gesichtsfeld des Brandbekämpfers eingespiegelt wird.

Eine dritte Ausführung der Erfindung besteht in der Anbringung des Wärmepeilers vor dem Wasser-Schutzschild eines Mehrzweck­ strahlrohres, wobei die Richtung des Peilmaximums mit der Lösch-Wasserstrahlrichtung übereinstimmt.

Claims (8)

1. Optoelektronisches Wärmepeilgerät mit spitzer Peilcharakte­ ristik und weitwinkliger Peilbasis zur Erfassung des Zentrums von Bränden sowie Glut- und Hitzenestern mittels IR-Strahlung, das aus einem IR-Detektor (1) und einer IR- durchlässigen Linse (2) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (1) exakt in dem Abstand s (Fig. 1) hinter dem Brennpunkt F der Linse (2) angeordnet ist, indem der Durchmesser des divergierenden Strahlenbündels sämtlicher achsparallel in die Linse entfallenden Strahlen genau dem Durchmesser D des Detektors entspricht.

2. Optoelektronisches Wärmepeilgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Detektor (1) das Filter (3) angeordnet ist, das nur für den Wellenlängenbereich des langwelligsten Transmissionsfenster von Wasserdampf (von 8 µm bis 13 µm) durchlässig ist.

3. Optoelektronisches Wärmepeilgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Detektor (1) die LED- Zeile (5) oder/und die Hörvorrichtung (6) über den A/D-Wandler (4) angeschlossen sind, der den vom Detektor empfangenen Wärmesignalpegel digitalisiert, damit der Pegel als Leuchtsäule oder wandernder Lichtzeiger abgelesen bzw. als Tonsignal unterschiedlicher Frequenz abgehört werden kann.

4. Optoelektronisches Wärmepeilgerät nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der A/D-Wandler (4) beim Über­ schreiten des Wärmesignalpegels, der der maximalen LED- Zeilenanzeige (5) entspricht, über die Steuerschaltung (7) den Motor (8) in Betrieb setzt, der die Blende (9) in den Strahlengang bewegt, die die vom Detektor empfangene Strahlungsleistung ohne Vignettierung, d. h. nur im Innern des Strahlenbündels mittels Reflexion reduziert.

5. Optoelektronisches Wärmepeilgerät nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bediener des Gerätes beim Überschreiten des Wärmesignalpegels, der der maximalen LED- Zeilenanzeige entspricht, die Blende (9) manuell in den Strahlengang bewegt, die die vom Detektor empfangene Strahlungsleistung mittels Reflexion und ohne Vignettierung des Strahlenbündels reduziert.

6. Optoelektronisches Wärmepeilgerät nach Anspruch 1, 2, 3 und 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmepeilgerät mit einem Fernglas kombiniert wird, wobei der rotations­ symmetrische Peilbasiswinkel der Gesichtsfeldbegrenzung des Fernglases entspricht und die strahlungsanzeigende LED-Zeile in das Gesichtsfeld eingespiegelt wird.

7. Optoelektronisches Wärmepeilgerät nach Anspruch 1, 2, 3 und 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmepeilgerät in den Schutzhelm einer Atemschutzausrüstung integriert ist und die Richtung des Peilmaximums als Zielmarke über ein Augen­ schutzglas in das Gesichtsfeld des Brandbekämpfers einge­ spiegelt wird.

8. Optoelektronisches Wärmepeilgerät nach Anspruch 1, 2, 3 und 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmepeilgerät vor dem Wasser-Hitzeschutzschild eines Mehrzweckstrahlrohres angebracht ist und die Richtung des Peilmaximums mit der Richtung des Löschwasserstrahles übereinstimmt.