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Die Erfindung betrifft eine automatische Brandlöschanlage.
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Derartige Brandlöschanlagen sind durch offenkundige Vorbenutzung seit Längerem sowie aus
DE 75 20 835 U ,
US 2 935 135 A und
DE 100 48 544 bekannt. Derartige Brandlöschanlagen umfassen einen Druckbehälter mit Brandlöschmedium wie beispielsweise N
2, eine an den Druckbehälter angeschlossene Sensorleitung zur automatischen Erfassung eines Brandfalls für eine Auslösung eines Löschvorgangs und eine an den Druckbehälter angeschlossene Löschleitung zur Abgabe des Brandlöschmediums während des Löschvorgangs. Zur Überwachung eines in der Brandlöschanlage herrschenden Systemdrucks und einer in Abhängigkeit von dem Systemdruck auszulösenden Signalgebung wird ein Druckschalter eingesetzt. Der Druckschalter wird beispielsweise eingesetzt, um bei Abfall des Systemdrucks unter einen kritischen Schwellenwert, was gleichbedeutend ist mit einem Brandfall, ein Signal derart zu initiieren, dass bestimmte Aggregate oder sonstige Geräte abgeschaltet werden.
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Aus dem Bereich von Hydraulik- und Pneumatiksystemen sind Druckschalter bekannt, die für eine derartige Signalgebung prinzipiell geeignet sind. Jedoch können diese Druckschalter Leckagen aufweisen, die in dem geschlossenen System der automatischen Brandlöschanlage nicht kompensiert werden können und damit Druckverluste in der automatischen Brandlöschanlage verursachen. Derartige Druckschaltertypen sind für die Anwendung aufgrund der nicht erreichten Anforderungen bezüglich der Dichtheit für automatische Brandlöschanlagen nicht geeignet, da dadurch die Funktionssicherheit der Brandlöschanlage insgesamt beeinträchtigt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische Brandlöschanlage mit einer Drucküberwachung derart kostengünstig zu gestalten, dass gleichzeitig die Funktionssicherheit gewährleistet ist.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, eine automatische Brandlöschanlage mit einem Druckschalter derart auszustatten, dass dieser in Abhängigkeit eines Systemdrucks ein Schaltsignal auslöst. Dazu steht der Druckschalter in Druckverbindung mit einem Druckbehälter zur Bevorratung eines Brandlöschmediums. An den Druckbehälter angeschlossen ist eine Sensorleitung zur automatischen Erfassung eines Brandfalls für eine Auslösung eines Löschvorgangs. Insbesondere ist die Sensorleitung derart gestaltet, dass in einem Brandfall die Leitung sich öffnet, insbesondere platzt, und damit über ein an dem Druckbehälter anbringbares Ventil und eine ebenfalls an den Druckbehälter angeschlossene Löschleitung eine Abgabe des Brandlöschmediums initiiert. Durch die Öffnung der Sensorleitung nimmt der Systemdruck in der Sensorleitung selbst und auch in dem Druckbehälter abrupt ab. Aufgrund dieses Druckabfalls des Systemdrucks löst der Druckschalter ein entsprechendes Schaltsignal aus, das über eine mit dem Druckschalter in Signalverbindung stehende Steuereinheit zur Steuerung von Aggregaten, insbesondere zur Abschaltung derselben, eingesetzt werden kann. Eine akustische oder optische Signalgebung ohne Abschaltfunktion ist ebenfalls möglich. Der Druckschalter umfasst ein Gehäuse mit einem Innenraum und einer Längs-Achse sowie einer Anschluss-Öffnung zum Anschließen des Druckschalters an den Systemdruck. Der Druckschalter kann bevorzugt direkt an die Sensorleitung, aber auch an dem Druckbehälter angeschlossen sein. Eine Anwendung in Brandlöschsystemen ohne pneumatische Sensorleitung ist ebenfalls möglich. In dem Innenraum des Gehäuses ist entlang der Längs-Achse ein Kolben verschiebbar angeordnet, der zur Auslösung des Schalt-Signals eine Schalt-Einheit auslösen kann. Dazu ist der Innenraum durch den Kolben in eine unter Systemdruck stehende Systemdruck-Kammer und in eine fluiddicht davon getrennte Referenzdruck-Kammer geteilt. Die Schalt-Einheit kann einen an dem Kolben befestigten Dauermagneten und einen an dem Gehäuse ortsfest angebrachten Reed-Schalter aufweisen. Bei einer derartigen Gestaltung der Schalt-Einheit wird das Schaltsignal in Abhängigkeit des Abstandes des mit dem Kolben in dem Gehäuse verschiebbaren Dauermagneten zu dem ortsfesten Reed-Schalter ausgelöst, wobei der Abstand des Dauermagneten von dem Reed-Schalter in Abhängigkeit des herrschenden Systemdrucks sich einstellt. Dadurch, dass die Systemdruck-Kammer und die Referenzdruck-Kammer fluiddicht voneinander getrennt sind, kann in Abhängigkeit des Systemdrucks der Kolben in dem Innenraum derart verschoben werden, dass in dem Druckschalter ein Kräftegleichgewicht auf den Kolben herrscht, so dass sowohl in der Systemdruck-Kammer als auch in der Referenzdruck-Kammer gleiche Drücke vorliegen. In einer derartigen Stellung ist der Kolben vollständig druckausgeglichen, so dass selbst eine Leckagequelle aufgrund des permanent stattfindenden Druckausgleichs zwischen der Systemdruck-Kammer und der Referenzdruck-Kammer die Funktion der automatischen Brandlöschanlage nicht beeinträchtigt. Bei Auslösung des Brandfalls durch die Sensorleitung bewirkt der Abfall des Systemdrucks ein Verschieben des Kolbens in Folge des Kräfteungleichgewichts zwischen Systemdruck- und Referenzdruck-Kammer. Sobald der mit dem Kolben verlagerte Dauermagnet eine festlegbare Distanz zu dem Reed-Schalter erreicht, wird dadurch ein Schalt-Signal ausgelöst. Ein derartiger Druckschalter funktioniert berührungslos und ist damit für die Überwachung von druckabhängigen Positionen in dem geschlossenen System besonders geeignet. Weiterhin sind die Ansprüche an Dichtheit durch das erfindungsgemäße System erfüllt. Die Funktionssicherheit der Brandlöschanlage ist gewährleistet und würde selbst bei einer auftretenden Leckage beispielsweise in dem Druckschalter nicht beeinträchtigt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Zusätzliche Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer automatischen Brandlöschanlage,
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2 eine vergrößerte Darstellung eines Druckschalters gemäß 1,
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3 einen Längsschnitt gemäß der Schnittlinie III-III in 2 in einer von einem Reed-Schalter beabstandeten Position eines Kolbens und
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4 eine 3 entsprechende Darstellung mit einer dem Reed-Schalter benachbarten Anordnung des Kolbens.
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Eine in 1 dargestellte automatische Brandlöschanlage 1 umfasst einen Druckbehälter 2 zur Bevorratung eines Brandlöschmediums, insbesondere Stickstoff (N2). Auf den Druckbehälter 2 ist ein Ventil 3 aufgesetzt, an dem ein Druckmessgerät 4 angebracht ist. Über das Ventil 3 an den Druckbehälter 2 angeschlossen sind eine Sensorleitung 5 zur automatischen Erfassung eines Brandfalls für eine Auslösung eines Löschvorgangs sowie eine Löschleitung 6 zur Abgabe des Brandlöschmediums während des Löschvorgangs. Die Löschleitung 6 weist mehrere Löschdüsen 7 zur Abgabe des Brandlöschmediums auf. An einem mit dem Ventil 3 verbundenen gegenüberliegenden Ende der Löschleitung 6 ist ein Schließstopfen 8 zum fluiddichten Verschließen der Löschleitung 6 vorgesehen. Es ist auch möglich, anstelle des Schließstopfens 8 eine weitere Löschdüse 7 zu verwenden.
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Die Sensorleitung 5 ist im Bereich eines oder mehrerer zu schützender Objekte verlegt und von dem Druckbehälter 2 über das Ventil 3 mit einem Systemdruck beaufschlagt, der insbesondere gegenüber einem Innendruck, unter welchem das Brandlöschmedium in dem Druckbehälter 2 bevorratet ist, reduziert sein kann. Eine Druckreduzierung ist beispielsweise dann erforderlich, wenn der Behälterdruck nicht dem erforderlichen Betriebsdruck für die Sensorleitung 5 entspricht. Die Sensorleitung 5 ist als Kunststoff-Schlauch ausgeführt und mittels eines T-Verbindungsstücks 9 verzweigt. In Abhängigkeit der auszulegenden Sensorleitung-Konfiguration können verschiedene Verbindungsstücke verwendet werden, die beispielsweise für Schlauchverbindungen an sich bekannt sind, um beliebige Längen und/oder beliebige Konfigurationen der Sensorleitung 5 zu erzeugen. Ein Ende der Sensorleitung 5 ist durch ein Verschluss-Element 10 fluiddicht abgeschlossen. Ebenfalls an die Sensorleitung 5 über ein Leitungsend-Anschlusselement 11 angeschlossen ist ein Druckschalter 12 zur Auslösung eines Schalt-Signals in Abhängigkeit des Systemdrucks in der Sensorleitung 5. Der Druckschalter 12 kann auch direkt an die Brandlöschanlage 1 angeschlossen sein, um den Behälterdruck zu überwachen.
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Im Folgenden wird anhand der 2 bis 4 der Druckschalter 12 näher beschrieben. In den genannten Figuren ist der Druckschalter 12 entkoppelt von der Sensorleitung 5 und vergrößert dargestellt. Der Druckschalter 12 weist ein Gehäuse 13 mit einer Längs-Achse 14 auf. Gegenüber der Darstellung in 1 ist der Druckschalter 12 in 2 um die Längs-Achse 14 um 90° gedreht. Das Gehäuse 13 ist zweiteilig ausgeführt mit einem unteren Gehäuse-Teil 15 und einem damit verschraubten oberen Gehäuse-Teil 16. Aufgrund der zweiteiligen Gestaltung des Gehäuses 13 sind die Fertigung und vor allem die Montage des Druckschalters 12 erleichtert. Durch die Verschraubung der beiden Gehäuse-Teile 15, 16 ist insbesondere eine Demontage beispielweise zu Wartungszwecken des Druckschalters 12 möglich. Ein von den beiden Gehäuse-Teilen 15, 16 umgebener Innenraum 22 ist an einer Verbindungsstelle durch eine umlaufende Dichtung 17 gegenüber der Umgebung abgedichtet. Dadurch werden Leckagen des Druckschalters 12 vermieden. Das untere Gehäuse-Teil 15 weist einen Anschlussstutzen 18 zum Anschließen an die mit dem Systemdruck psys beaufschlagte Sensorleitung 5 über das Leitungsend-Anschlusselement 11 oder an den Druckbehälter auf. An einer Außenwand des unteren Gehäuse-Teils 15 ist ein Sechskant-Profil 19 einstückig angeformt, um das untere Gehäuse-Teil 15 mit einem geeigneten Werkzeug mit dem oberen Gehäuse-Teil 16 zu verschrauben. Der Anschlussstutzen 18 weist eine Anschluss-Öffnung 20 auf, mit der der Druckschalter 12 an die Sensorleitung 5 und damit an den Systemdruck psys angeschlossen ist. Von der an dem unteren Gehäuse-Teil 15 angeordneten Anschluss-Öffnung 20 führt ein Druckkanal 21 zu dem Innenraum 22 des Gehäuses 13. Der Innenraum 22 und der Druckkanal 21 sind konzentrisch zur Längsachse 14 angeordnet. Der Innenraum 22 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet.
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In dem Innenraum 22 ist ein Kolben 23 angeordnet, der entlang der Längs-Achse 14 in dem Innenraum 22 des Gehäuses 13 verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben 23 teilt den Innenraum 22 in eine unter Systemdruck psys stehende Systemdruck-Kammer 24 und eine fluiddicht davon getrennte Referenzdruck-Kammer 25. Die Systemdruck-Kammer 24 ist über den Druckkanal 21 an den Systemdruck psys angeschlossen. Die Referenzdruck-Kammer 25 ist durch das obere Gehäuse-Teil 16 des Gehäuses 13 einerseits und durch den mittels einer Kolben-Dichtung 26 gegenüber dem Innenraum 22 fluiddicht abgedichteten Kolben 23 hermetisch abgedichtet. Der Kolben 23 weist ein oberes Kolben-Teil 27 und ein mit dem oberen Kolben-Teil 27 verschraubtes unteres Kolben-Teil 28 auf. Das obere Kolben-Teil 27 ist der Referenzdruck-Kammer 25 und das untere Kolben-Teil 28 der Systemdruck-Kammer 24 zugewandt. Die Kolben-Dichtung 26 ist in einer dafür vorgesehenen umlaufenden Kolben-Nut 29 an dem oberen Kolben-Teil 27 zwischen dem Kolben 23 und einer Innenwand 30 des Innenraums 22 angeordnet. Der Kolben 23 ist konzentrisch zur Längs-Achse 14 in dem Innenraum 22 angeordnet. Zum Einschrauben des unteren Kolben-Teils 28 in das obere Kolben-Teil 27 weist das untere Kolben-Teil 28 eine Innensechskant-Aufnahme 31 auf. Die Innensechskant-Aufnahme 31 ist entsprechend konzentrisch zur Längs-Achse 14 angeordnet und weist eine Größe derart auf, dass die Innensechskant-Aufnahme 31 von außerhalb des Druckschalters 12 über den Druckkanal 21 mittels eines dafür vorgesehenen Werkzeugs betätigbar ist. Die beiden Kolben-Teile 27, 28 sind mittels einer Kolbenteil-Dichtung 32 abgedichtet. Dadurch wird vermieden, dass Medium aus dem Innenraum 22 in eine von den beiden Kolben-Teilen 27, 28 gebildete Kavität 33 eindringt und somit Korrosion eines in der Kavität angeordneten Dauermagneten 34 vermieden wird. Die Kavität 33 ist im Wesentlichen zylindrisch geformt. Der Dauermagnet 34 ist in der Kavität 33 des Kolbens 23 derart angeordnet, dass er zwischen dem oberen Kolben-Teil 27 und dem unteren Kolben-Teil 28 gehalten ist. Entsprechend ist der Dauermagnet 34 konzentrisch zur Längs-Achse 14 angeordnet. Der Dauermagnet 34 ist mit seinen Polen entlang der Längs-Achse 14 ausgerichtet, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Süd-Pol 35 dem oberen Gehäuse-Teil 16 und damit der Referenzdruck-Kammer 25 zugewandt ist. Es ist auch möglich, den Dauermagnet 34 derart entlang der Längs-Achse 14 auszurichten, dass der Süd-Pol 35 der Referenzdruck-Kammer 25 abgewandt und damit der Nord-Pol der Referenzdruck-Kammer 25 zugewandt ist. Ferner ist auch eine Anordnung des Magneten 34 derart möglich, dass die Pole quer und insbesondere senkrecht zur Längs-Achse 14 ausgerichtet sind. Bei einer senkrechten Anordnung einer Verbindungslinie der beiden Pole zur Längs-Achse 14, sind die Pole im gleichen Abstand zu der Referenzdruck-Kammer 25 angeordnet.
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Eine Schalt-Einheit 37 zur Auslösung eines Schalt-Signals umfasst den an dem Kolben 23 befestigten Dauermagneten 34 und den an dem Gehäuse 13 ortsfest angebrachten Reed-Schalter 36. Der Reed-Schalter 36 ist der Referenzdruck-Kammer 25 in dem Gehäuse 13 zugewandt.
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In dem oberen Gehäuse-Teil 16 des Gehäuses 13 ist ein Reed-Schalter 36 ortsfest angebracht. Der Reed-Schalter 36 weist in an sich bekannter Weise zwei nicht näher dargestellte Reed-Kontakte auf, die jeweils ein halbkreisförmiges Magnetfeld derart aufweisen, dass bei Annäherung des Dauermagneten 34 die Kontakte geschlossen oder geöffnet werden und somit ein Schalt-Signal von dem Reed-Schalter 36 ausgelöst wird. Die Kontakte sind geschlossen bzw. geöffnet, solange sich der Dauermagnet 34 innerhalb der Halbkreisfläche befindet. Sobald der Dauermagnet 34 die Halbkreisfläche verlässt, öffnen bzw. schließen die Reed-Kontakte. Die Grenze des Halbkreisbereichs, an der der Dauermagnet 34 den Schaltbereich des Reed-Schalters 36 verlässt, ist als Schalt-Abstand bezeichnet und legt eine Schaltposition des Kolbens 23 fest. Die Schalt-Einheit 37 ist derart eingestellt, dass bei Erreichen eines definierten, insbesondere eines individuell einstellbaren, Systemdrucks psys,def in dem Innenraum 22 des Gehäuses 13 das Schalt-Signal ausgelöst wird.
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Mit dem Druckschalter 12 in Signalverbindung steht eine Steuereinheit 38 zur Steuerung von verschiedenen Aggregaten, weiteren Geräten und/oder einer akustischen oder einer optischen Signalgebung. Insbesondere können dadurch nach dem Auslösen des Löschvorgangs beispielsweise die zu schützenden Objekte oder sonstige Geräte geziert und schnell abgeschaltet werden. Zur Signalverbindung der Schalteinheit 37 mit der Steuereinheit 38 ist eine Schaltleitung 39 vorgesehen. Zum Schutz der Schaltleitung 39 ist diese mittels einer in das Gehäuse 13 einschraubbaren Schutzanbindung 40 aus dem Gehäuse 13 herausgeführt.
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Der Dauermagnet 34 ist gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus Sm2Co17 hergestellt und weist eine zylindrische Grundform mit einem Durchmesser von 4 mm und einer Höhe von 4 mm auf. Es sind auch andere Materialien für die Herstellung des Dauermagneten 34 möglich. Die Baugröße des Magneten 34 ergibt sich im Wesentlichen aus der Gestaltung des Kolbens 23 und kann dementsprechend variiert werden.
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Es ist grundsätzlich auch denkbar, den Druckschalter mit einer alternativen Schalt-Einheit auszurüsten. Beispielsweise können kleine elektrische Schalter verwendet werden, die mechanisch über einen Kolben oder über eine Membran, die mit Systemdruck beaufschlagt sind, betätigt werden. Derartige Schalter weisen jedoch Probleme hinsichtlich der Dichtheit auf. Es sind auch Manometer mit integriertem mechanischem Kontakt als Schalter denkbar, der an eine Zeigerbewegung einer Anzeige des Manometers gekoppelt ist und somit an vorgesehenen Druckpunkten Schaltkontakte herstellt oder unterbricht. Ebenfalls möglich sind Drucksensoren mit Dehnmessstreifen, wobei diese zur Messung eines Systemdrucks eine zusätzliche Stromversorgung erforderlich machen. Bei der dargestellten Schalt-Einheit 37 mit dem Reed-Schalter 36 wird nur dann Stromfluss erzeugt, wenn die Reed-Kontakte geschlossen werden. Eine weitere Alternative stellen Hall-Sensoren dar, bei welchen zur Messung des Systemdrucks immer eine externe Stromversorgung erforderlich ist.
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Es ist auch möglich, mehrere Druckschalter 12 an der automatischen Brandlöschanlage 1 vorzusehen. Insbesondere ist es dadurch möglich, die maximale Entfernung von einer Brandauslösungsstelle, an welcher die Sensorleitung 5 platzt, zu einem entsprechenden Druckschalter 12 zu reduzieren und damit eine schnellere Auslösung des Löschvorgangs zu erreichen. Darüber hinaus ist es auch möglich, den Druckschalter 12 direkt an das Ventil 3 des Druckbehälters 2 anzuschließen oder in das Ventil 2 zu integrieren. Bei einer Integration des Druckschalters 12 in das Ventil 2 wird die Anzahl von Schnittstellen und Einzelteilen der Gesamtanordnung reduziert, so dass insgesamt eine verbesserte Dichtheit des Systems resultiert.
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Im Folgenden wird anhand der 3 und 4 die Funktionsweise des Druckschalters 12 näher erläutert. Der Kolben 23 ist gemäß der Darstellung in 3 in einer untersten Position angeordnet und liegt mit dem unteren Kolben-Teil 28 an einer Schulter des unteren Gehäuse-Teils 15 auf. In diesem Fall umfasst der Innenraum 22 nur die Referenzdruck-Kammer 25. Das Volumen der Systemdruck-Kammer 24 tendiert gegen Null. Die Position des Kolbens 23 ergibt sich aus dem Kräftegleichgewicht einer Kraft, die aus dem auf eine Unterseite 41 des unteren Kolben-Teils 28 wirkenden Systemdrucks psys wirkenden Kraft sowie einer dieser Kraft entgegenwirkenden Referenzkraft, die aufgrund eines Referenzdrucks pref in der Referenzdruck-Kammer 25 auf eine Oberseite 42 des oberen Kolben-Teils 27 wirkt. In der Darstellung in 3 ist der Druckschalter 12 nicht an die Sensorleitung 5 angeschlossen, so dass der Druckkanal 21 mit Atmosphärendruck pAtm beaufschlagt ist. Der Referenzdruck pref ist größer oder gleich dem Atmosphärendruck pAtm, so dass der Kolben 23 aufgrund des auf ihn wirkenden Kräftegleichgewichts in die gezeigte untere Position verschoben ist.
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Sobald der Druckschalter 12 an die unter Systemdruck psys stehende Sensorleitung 5 angeschlossen ist, wirkt über den Druckkanal 21 auf die Unterseite 41 des Kolbens 23 der Systemdruck psys. Der Referenzdruck pref ist derart gewählt, dass der Systemdruck psys den Kolben 23 in eine obere, in 4 dargestellte Position schiebt. Dadurch, dass die Referenzdruck Kammer 25 hermetisch abgedichtet ist, wird das in der Referenzdruck-Kammer 25 befindliche Medium aufgrund der Verschiebung des Kolbens 23 komprimiert und der Referenzdruck pref in der Referenzdruck-Kammer 24 steigt solange an, bis der Referenzdruck pref gleich dem Systemdruck psys ist. In diesem in 4 dargestellten Zustand befindet sich der Innenraum 22 in einem Druckgleichgewicht.
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Mit dem Kolben 23 wird auch der Dauermagnet 34 entlang der Längs-Achse 14 nach oben in Richtung des Reed-Schalters 36 verlagert. Dabei ist das Magnetfeld der Reed-Kontakte derart gestaltet, dass der Dauermagnet 34 in der gezeigten oberen Stellung sich innerhalb des relevanten halbkreisförmigen Schaltbereiches und damit oberhalb eines Schaltabstandes befindet, so dass die Reed-Kontakte geschlossen sind.
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Sobald ein Brand auftritt und eine Sensorleitung platzt, fällt der Systemdruck psys schlagartig ab und aufgrund des veränderten Kräftegleichgewichts im Innenraum 22 des Druckschalters 12 wird der Kolben 23 ausgehend von der in 4 dargestellten oberen Stellung sich entlang der Längs-Achse 14 nach unten bewegen. Sobald der Kolben 23 mit dem Dauermagneten 34 einen Schaltbereich der Reed-Kontakte verlässt, werden die Reed-Kontakte geöffnet und ein Schaltsignal entsprechend ausgelöst.
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Die Positionierung des Kolbens 23 in dem Innenraum 22 ist durch das auf den Kolben 23 wirkende Kräftegleichgewicht festgelegt. Somit kann beispielsweise durch Erhöhen des Referenzdrucks pref erreicht werden, dass das Kräftegleichgewicht zwischen Systemdruck psys und dem in Folge der Kompression erhöhten Referenzdrucks pref in der Referenzdruck-Kammer 25 in einer gegenüber der in 4 dargestellten weiter unten angeordneten Position des Kolbens 23 erreicht ist. In jedem Fall ist der Referenzdruck pref derart einzustellen, dass der sich in Folge des Kräftegleichgewichts in der Referenzdruck-Kammer 25 einstellende Gleichgewichts-Referenzdruck einem definierten Systemdruck psys,def derart entspricht, dass der Kolben 23 maximal mit dem Schaltabstand zu den Reed-Kontakten beabstandet ist, wenn der Kolben 23 mit dem definierten Systemdruck psys,def beaufschlagt ist.
