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überhitzungs- und Feuerwarnsystem Die Erfindung betrifft ein überhitzungs-
oder Feuerwarnsystem mit einem in einem eine Stromquelle enthaltenden Stromkreis
liegenden Temperaturfühler und einem stromempfindlichen Organ, das bei überschreiten
einer bestimmten Temperatur durch ein vom Temperaturfühler geliefertes Signal betätigt
wird.
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Systeme der vorgenannten Art gehören zum Stand der Technik.
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Es sind Temperaturfühler bekannt, die aus zwei Elektroden bestehen,
normalerweise einer zylindrischen äußeren Elektrode und einer dazu koaxialen inneren
Elektrode, zwischen denen ein Werkstoff vorhanden ist, dessen elektrischer Widerstand
mit zunehmender Temperatur abnimmt. Bisher wurde nun ein solcher Temperaturfühler
in Reihe mit einer Potentialquelle und einem stromempfindlichen Organ, gewöhnlich
einem elektromagnetischen Relais, zu einem Stromkreis zusammengeschaltet. Bei normalen
Temperaturen ist der Widerstand des zwischen den Elektroden des Temperaturfühlers
angeordneten Materials so hoch, daß der Strom, der durch das Material und daher
durch den Stromkreis fließt, vernachlässigbar ist. Falls jedoch der Temperaturfühler
einem Feuer oder einer überhitzung ausgesetzt ist, nimmt der Widerstand des Materials
so weit ab, daß der nun durch den Stromkreis fließende Strom zum Betätigen des Relais
ausreicht, das dann wiederum einen Feuer- oder überhitzungsalarm auslöst.
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Bei den bisher bekannten Vorrichtungen wurde an die beiden Elektroden
des Temperaturfühlers Potential gelegt. Solange sich also der Temperaturfühler auf
erhöhter Temperatur befand, konnte ein Strom zwischen den beiden Elektroden fließen.
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Leider besitzen nun derart aufgebaute Feuerwarnsysteme den großen
Nachteil, daß der Temperaturfühler durch einen Kurzschluß oder durch eine Strecke
geringen Widerstandes zwischen den beiden Elektroden überbrückt werden kann, so
daß dann ein zur Betätigung des Relais ausreichender Strom fließt. Dies hat einen
falschen Alarm zur Folge, da keine überhitzung oder kein Feuer vorliegt, sondern
lediglich zwischen den beiden Elektroden des Temperaturfühlers ein Kurzschluß oder
eine Strecke geringen Widerstandes vorhanden ist. Eine solche fehlerhafte Arbeitsweise
kann beispielsweise darauf zurückzuführen sein, daß im Temperaturfühler Wasser oder
Dampf vorhanden ist, wodurch zwischen den beiden Elektroden ein Kriechstromweg entstehen
und dadurch ein zum Auslösen eines falschen Alarms ausreichender Strom fließen kann.
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Aus der deutschen Patentschrift 1077 702 ist bereits ein als Speicherelement
geeigneter Kondensator mit ferroelektrischem Dielektrikum bekannt, auf dem oberhalb
einer bestimmten höheren Temperatur keine Ladung mehr gespeichert werden kann. Die
Temperatur des Dielektrikums wird auf einem Wert gehalten, bei dem zwei verschiedene
Kristallisationszustände mit bei konstanter Feldstärke unterschiedlicher Polarisation
möglich sind (Curie-Temperatur). Das Dielektrikum wird weiterhin dauernd einer Feldstärke
ausgesetzt, die als Folge eines zu speichernden Impulses so weit erhöht oder verringert
wird, daß sich der Kristallisationszustand und damit der Polarisationszustand ändert.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein überhitzungs- oder
Feuerwarnsystem der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß beim Vorliegen
eines Kurzschlusses oder einer Strecke geringen Widerstandes zwischen den Elektroden
des Temperaturfühlers kein falscher Alarm ausgelöst wird. Es soll also sozusagen
eine Warnanlage geschaffen werden, bei welcher kein falscher Alarm ausgelöst werden
kann.
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Die Eifindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Temperaturfühler
der vorgenannten Art die Eigenschaft besitzen, nur im Zustand erhöhter Temperatur
eine elektrische Ladung aufnehmen und speichern zu können. Falls sich ein Temperaturfühler
auf einer
verhältnismäßig niedrigen Temperatur befindet, kann kein
Ladungsstrom zwischen den beiden Elektroden fließen. Befindet sich jedoch der Temperaturfühler
auf einer einem Feuer oder einer Erhitzung entsprechenden erhöhten Temperatur, dann
kann ein Ladestrom über die beiden Elektroden fließen. Wird in einem solchen Fall
dann der Ladestrom abgeschaltet, so bleibt auf den beiden Elektroden Ladung gespeichert.
Der Temperaturfühler verhält sich also als temperaturempfindlicher Kondensator,
der nur oberhalb einer erhöhten Temperatur Ladung speichern kann. Bei normalen Temperaturen
besitzt der Kondensator diese Eigenschaften nicht.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun bei einem überhitzungs-
oder Feuerwarnsystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß der Temperaturfühler ein bekannter temperaturempfindlicher Kondensator ist,
der erst oberhalb einer höheren Temperatur elektrische Ladung speichert, und das
stromempfindliche Organ in an sich bekannter Weise zum Nachweis einer gegebenenfalls
in dem Kondensator gespeicherten Ladung vorgesehen ist.
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Beim System nach der Erfindung wird dem Temperaturfühler nur impulsweise
Ladestrom zugeführt. Während der Zeit, in der dem Temperaturfühler kein Ladestrom
zugeführt wird, wird der Temperaturfühler in einen Entladekreis eingeschaltet, so
daß, falls im Temperaturfühler Ladung gespeichert wurde, ein Entladestrom erzeugt
wird, der zum Betätigen eines Relais und dadurch zur Auslösung eines Alarms oder
von Warnsignalen verwendet werden kann. Ein zur Betätigung des Relais im Entladestromkreis
dienender Entladestrom wird also nur erzeugt, wenn sich der Temperaturfühler vorher
in einem zur Aufnahme und Speicherung von Ladung geeigneten Zustand befunden hat,
d. h. einer Überhitzung oder einem Feuer ausgesetzt war. Beim System nach der Erfindung
kann durch Kurzschluß oder durch eine Strecke geringen Widerstandes zwischen den
Elektroden des Temperaturfühlers kein falscher Alarm ausgelöst werden, da der Relaiskreis
vom Temperaturfühler getrennt ist, wenn die Stromquelle mit dem Temperaturfühler
verbunden ist. Umgekehrt ist die Stromquelle vom Temperaturfühler getrennt, wenn
sie an den Relaiskreis angeschlossen ist. Ein Kurzschluß zwischen den beiden Elektroden
des Temperaturfühlers kann also keinen durch den Warnkreis fließenden Strom zur
Folge haben, so daß durch einen Kurzschluß kein falscher Alarm ausgelöst werden
kann. Beim Auftreten eines Kurzschlusses kann zwar auch der Temperaturfühler keine
Ladung mehr aufnehmen und daher kein Feuer oder keine überhitzung mehr anzeigen,
jedoch nimmt man in den meisten Fällen lieber diesen Mangel als einen falschen Alarm
in Kauf.
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Die Erfindung wird nun an Hand von Schaltbildern näher beschrieben,
in denen als Beispiele einige Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind.
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Die in F i g. 1 gezeigte Schaltung kann bei einem Temperaturfühler
der beschriebenen Art verwendet werden. Der Temperaturfühler besitzt zwei Elektroden,
die von einem äußeren, als Hülle ausgebildeten Leiter 11 und einem gleichachsig
dazu innerhalb angeordneten Leiter 10 gebildet werden. Die Ausgangsklemmen der Schaltung
sind mit den Leitern 10 und 11 verbunden. Fließt in der Primärwicklung des Transformators
T1 ein Wechselstrom, dann leitet der Gleichrichter D 1. Befindet sich während der
Halbwellen der Temperaturfühler auf einer höheren Temperatur, dann wird er durch
das an den Leitern 10 und 11 angelegte Potential geladen. Im Kollektorkreis des
Transistors Trl kann kein Strom fließen, da der Gleichrichter D 2 während dieser
Halbwellen gesperrt ist. Während der anderen Halbwellen ist der Gleichrichter D
1 gesperrt, und es fließt ein Entladestrom vom Leiter 10 über den Widerstand
R 2
zur Basis des Transistors Trl und über den Emitter des Transistors Trl
zum Leiter 11. Auf diese Weise entsteht ein verstärkter Kollektor-Emitter-Strom
durch das Relais A, den Gleichrichter D 2 und den unteren Teil der
Sekundärwicklung des Transformators T1. Werden die Komponenten der Schaltung
in geeigneter Weise gewählt, dann tritt das Relais A nur in Tätigkeit, wenn sich
der Temperaturfühler auf einer bestimmten oder einer darüberliegenden Temperatur
befindet. Durch Parallelschaltung eines Kondensators C 1 zum Relais A wird erreicht,
daß das Relais während der Halbwellen in Tätigkeit bleibt, in denen der Gleichrichter
D 2 sperrt, d. h. während der Halbwellen, bei denen der Gleichrichter D 1 leitet
und zwischen den Leitern 10 und 11 ein Ladepotential liegt.
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Wird die Schaltung nach F i g. 1 oder einer der weiter unten beschriebenen
Schaltungen mit einem Temperaturfühler verbunden, dann kann sie verwendet werden,
um entweder Feuer oder zu hohe Temperaturen oder auch das Ausbleiben einer Flamme
oder einen Temperaturabfall anzuzeigen. Im ersten Fall kann das Relais A so geschaltet
werden, daß es bei der Erregung die Kontakte schließt und eine Melde- und/oder Warnanlage
betätigt. Im zweiten Fall kann das Relais A so angeordnet sein, daß bei der Erregung
die Kontakte geöffnet sind und beim Ausbleiben der Erregung geschlossen werden,
wobei eine Anzeige- oder Warneinrichtung und/oder eine Einrichtung zur Regelung
der Brennstoffzufuhr zu einem Brenner, dessen Flamme überwacht werden soll, und/oder
ein anderer Brenner betätigt wird. Ein Widerstand R 1 begrenzt den Strom sowohl
durch den Basis-Emitter-Kreis des Transistors Tr 1 als auch durch den Gleichrichter
D 1 und schützt den Gleichrichter D 1 im Fall eines Kurzschlusses zwischen den Leitern
10 und 11. Ein Widerstand R 2 regelt die Entladegeschwindigkeit während der Entladehalbwellen.
Falls nur eine Gleichstromquelle vorhanden ist, kann ein Wandler verwendet werden,
um der Primärwicklung des Transformators T 1 Wechselstrom zuzuführen. Der Wandler
kann ein von der Gleichspannungsquelle gespeister Transistoroszillator sein. Es
kann aber auch eine mit Gleichstrom gespeiste Schaltung verwendet werden. In F i
g. 2 ist eine Ausführungsform einer mit Gleichstrom gespeisten Schaltung gezeigt.
Dabei ist eine Gleichspannungsquelle zwischen die positive Klemme 20
und die
negative Klemme 21 geschaltet. Wenn der Temperaturfühler, bei dem es sich
um einen temperaturempfindlichen Kondensator handelt, der nur oberhalb einer erhöhten
Temperatur Ladung speichern kann, sich auf niedriger Temperatur befindet, weist
das zwischen den Leitern 10 und 11 befindliche Material einen hohen
Widerstand auf, so daß der von der Klemme 20 über das Relais RA den in Ruhestand
befindlichen Kontakt A1 und den Leitern 10,11 zur Klemme 21 fließende
Strom zur Betätigung des Relais R_" nicht ausreicht. Bei höheren Temperaturen
sinkt
jedoch der Widerstand des zwischen den beiden Leitern 10 und 11 befindlichen Materials
so weit, daß der Strom auf einen zum Betätigen des Relais R ausreichenden Wert ansteigt.
Bei Betätigung des Relais RA wird der Kontakt A1 angehoben, wodurch der oben angeführte
Stromweg, über den dem Relais R_.4 Strom zugeführt wird, unterbrochen und ein Relais
RB zwischen die Leiter 10 und 11 geschaltet wird. Die im Temperaturfühler gespeicherte
elektrische Ladung fließt nun über das Relais RB ab, wodurch ein normalerweise geöffneter
Kontakt B1 geschlossen und eine Warnlampe L, gezündet wird. Der Kontakt A1 bleibt
so lange angehoben, bis der parallel zum Relais RA liegende Kondensator C10 aufgeladen
hat. Der KontaktAi vibriert also mit einer von der Kapazität des Kondensators C
10 abhängigen Frequenz, so daß abwechselnd zwischen die Leiter 11 und 10 Ladepotential
angelegt und über das Relais RB entladen wird, wenn der Temperaturfühler sich auf
einer erhöhten Temperatur befindet. Wenn das Relais RB einmal betätigt ist, bleibt
es auch während der Aufladung des Temperaturfühlers erregt, da parallel zum Relais
RB ein Kondensator C 11 geschaltet ist.
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Die Arbeitsweise der in F i g. 3 gezeigten Schaltung hängt davon ab,
daß die Temperaturfühler der genannten beschriebenen Art einen mit steigender Temperatur
fallenden elektrischen Widerstand haben. Ein Wechselspannungspotential von der Sekundärwicklung
eines Transformators TA wird normalerweise an die Leiter 10 und 11 des Temperaturfühlers
gelegt. Bei einer vorgegebenen Temperatur ist der Widerstandsabfall zwischen dem
Leiter 10 und dem Leiter 11 so groß, daß das Wechselstrompotential über die Wechselstromeingangsdiagonale
der Gleichrichterbrücke DB auf einen Wert ansteigt, bei welchem über die
Ausgangsdiagonale der Brücke das Relais RE betätigt wird. Dadurch wird der Kontakt
El geschlossen und eine Warnlampe L1 an eine an die Klemmen 30 und 31 angelegte
Gleichspannungsquelle mit einer Spannung von 24 V angeschlossen und auf diese Weise
gezündet. Um zu prüfen, ob die Warnlampe durch den einer erhöhten Temperatur ausgesetzten
Temperaturfühler und nicht durch einen Kurzschluß oder einen Kriechstromweg gezündet
wurde, wird der Handschalter SW 1 nach rechts umgelegt, so daß ein Relais
RF über die rechten Kontakte des Schalters SW 1 und die linken Kontakte des
Relais RF an die Gleichspannungsquelle mit einer Spannung von 24 V angelegt wird.
Das betätigte Relais RE öffnet seine linken Kontakte und unterbricht dadurch seinen
eigenen Arbeitskreis. Ist das Relais RF nicht betätigt, dann ist die 24-V-Spannungsquelle
über die in Ruhestellung befindlichen linken Kontakte und nun geschlossenen rechten
Kontakte des Schalters SW 1 an die Leiter 10 und 11 angeschlossen. Es wird also
nur dann betätigt, wenn die Lampe durch den auf erhöhter Temperatur befindlichen
Temperaturfühler und nicht durch einen Kurzschluß oder durch einen niederohmigen
Nebenschluß gezündet wurde. Im betätigten Zustand ist durch die rechten Kontakte
ein Anzeigeinstrument M od. dgl. zwischen die Leiter 10 und 11 geschaltet, so daß
der gegebenenfalls vorhandene Entladestrom durch das Anzeigeinstrument M fließt
und anzeigt, daß die Zündung der Warnlampe L1 auf den einer erhöhten Temperatur
ausgesetzten Temperaturfühler zurückzuführen ist. Werden die linken Kontakte des
Handschalters SW 1 geöffnet, dann verschwindet das Wechselstrompotential zwischen
den Leitern 10 und 11, so daß der Kontakt El geöffnet und die Warnlampe L1 gelöscht
wird. Falls das Anzeigeinstrument M als Spannungsanzeiger ausgebildet ist, dann
zeigt es die Temperatur an, welcher der Temperaturfühler ausgesetzt ist. Auf diese
Weise kann man also eine frühzeitige Anzeige darüber erhalten, ob ein Feuer verschwindet
oder die Temperatur abnimmt.
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Bei der in Fig.4 gezeigten Schaltung sind die Sekundärwicklungen des
Speisetransformators T1 gleich groß und entgegengesetzt geschaltet. Während der
Halbwellen, bei denen die Polarität der äußeren Enden der Wicklungen in bezug auf
den Mittelpunkt negativ ist, wird negatives Ladepotential zwischen die Leiter 10
und 11 und die beiden parallel geschalteten Hälften der Sekundärwicklung angelegt.
Im Ruhezustand, d. h., wenn der Temperaturfühler nicht erwärmt wird, fließt durch
das parallel zu einem Kondensator C liegende Gleichstromrelais A kein Entladestrom.
Befindet sich der Temperaturfühler auf einer erhöhten Temperatur, dann erregt ein
Entladestrom während der den Ladehalbwellen folgenden Halbwellen das Relais
A. Der Gleichrichter D 1 verhindert, daß positives Potential vom Transformator
zum Relais A gelangt.
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Falls die Leiter 10 und 11 versehentlich, beispielsweise durch Feuchtigkeit,
kurzgeschlossen werden, wird Wechselstrom erzeugt, der über den Kondensator C abgeleitet
wird, und der durch das Relais fließende Strom reicht zur Auslösung einer unrichtigen
Anzeige nicht aus. Die Widerstände R 1 und R 2 begrenzen den Wechselstrom auf einen
zulässigen Wert.
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Bei der in F i g. 5 gezeigten Schaltung wird ein gesteuerter Festkörpergleichrichter
SCR, beispielsweise ein gesteuerter Siliciumgleichrichter, verwendet. Während der
Halbwellen der einen Polarität leiten die Gleichrichter D 1 und
D 2, und es wird zwischen die Leiter 10 und 11 des Temperaturfühlers ein
Ladepotential angelegt. Befindet sich während dieser Halbwellen der Temperaturfühler
auf erhöhter Temperatur, dann wird Ladung gespeichert. Während der Halbwellen der
entgegengesetzten Polarität fließt Entladestrom durch den Widerstand R 2 und die
Induktivität L, und die am Widerstand R 2 erzeugte Potentialdifferenz hat nun die
richtige Polarität, um den gesteuerten Gleichrichter SCR in den leitenden Zustand
zu schalten, so daß der durch die mittlere Sekundärwicklung des Speisetransformators
T1 fließende Strom das Relais A erregt. Der Widerstand R 1 dient zur Begrenzung
des Ladestromes. Der Gleichrichter D 2 überbrückt während der Ladehalbwellen den
Widerstand R 2 und den Gitter-Kathoden-Weg des gesteuerten Gleichrichters SCR und
schützt den Gitter-Kathoden-Weg vor hohen Rückspannungen.
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Der Wert des Widerstandes R 2 wird so gewählt, daß der gesteuerte
Gleichrichter SCR bei einem Entladungsstromwert geschaltet wird, welcher auftritt,
wenn der Temperaturfühler der gewünschten erhöhten Temperatur ausgesetzt ist. Die
Induktivität L trägt zur nachfolgenden Stromentladung durch den gesteuerten Gleichrichter
SCR bei.
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Die unterste Sekundärwicklung speist einen Brükkengleichrichter
DB, dessen gleichgerichtete Ausgangsspannung durch einen Kondensator C geglättet
und als Vorspannung dem Erregerkreis des Relais A zugeführt wird.
Diese
Vorspannung unterdrückt im wesentlichen die negativen Halbwellen des Erregerstromes
und ermöglicht doch, daß der gesteuerte Gleichrichter SCR ausgeschaltet wird, wenn
das am Widerstand R 2 liegende Potential unter den Schaltwert abfällt.
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Der Widerstand R 1 kann durch ein Relais mit dem gleichen Widerstand
ersetzt werden. Falls ein Kurzschluß zwischen den Leitern 10 und 11 auftritt, betätigt
der auftretende hohe Strom das Relais, das zur Steuerung einer das Auftreten eines
Kurzschlusses anzeigenden Schaltung verwendet werden kann.
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Ein wichtiges Merkmale der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß
ein Kurzschluß oder ein niederohmiger Kriechweg über die Klemmen des Temperaturfühlers
ein Aufladen verhindert und daher kein Entladestrom vorhanden ist, der eine unrichtige
Anzeige zur Folge haben würde.