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Die
Erfindung betrifft eine Anlage zum dosierten Freisetzen von Reizstoffen
mittels eines Treibgases durch Reizstoffsprühanlagen oder Reizstoffnebelanlagen
beim Einsatz in Räumen
für eine nichtverletzende
Personenabwehr.
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Unter
Reizstoffen versteht man Stoffe, die in bestimmten Dosierungen auf
Menschen oder Tiere einen Reiz ausüben, ohne dabei bleibende Gesundheitsschäden zu verursachen.
Die Reizwirkung ist dabei von der einwirkenden Konzentration und
Art des Reizstoffes abhängig.
Die Dosierung der Stoffe ist entscheidend dafür, ob eine Reizwirkung eine
verletzende Wirkung oder eine tödliche
Wirkung eintritt.
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Die
erfindungsgemäße Dosierungssteuerung
bezieht sich auf Reizstoffe, die hauptsächlich über die Haut, insbesondere
Schleimhaut und Atmung, wirken.
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Dabei
ist es unerheblich, ob es sich bei den betreffenden Reizstoffen
um synthetische (z.B. CS) oder in der Natur vorkommende Stoffe (z.B.
OC) oder um eine Kombination von synthetischen Stoffen und Naturstoffen
handelt.
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[Stand der Technik]
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Reizstoffe
werden zur Personenabwehr als nichtletale Wirkmittel, z.B. beim
Einbruchdiebstahlschutz für
umschlossene Räume
angewandt. Dabei wird ein Reizstoff mit einem Treibgas zur Feinstverteilung
in die Raumluft ausgetrieben. Weiterhin sind auch Reizstoffsprühanlagen
bekannt, die durch Pumpen oder Gasauflast (Treibgas) durch Düsen mechanisch
verstäuben.
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Nach
dem derzeitigen Stand der Technik sind nur Reizstoffsprühanlagen
oder Reizstoffvernebelungsanlagen bekannt, die den Reizstoff aus
Vorratsbehältern
freisetzen, ohne diesen der Raumgröße und dem darin enthaltenen
Raumluftvo lumen entsprechend der gesundheitlich unbedenklichen Grenzwerte
anzupassen und über
einen längeren Zeitraum
so aufrecht zu erhalten, dass keine Gesundheitsschädigung eintreten
kann und trotzdem eine gewünschte
wirksame Konzentration beibehalten wird.
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Ein
Ausgleich von Austragungsverlusten, wie z.B. Hydrologisierungs-,
Luftaustausch- und Niederschlagsverlusten ist zur Aufrechterhaltung
einer in einem Raum optimalen Konzentrationsmenge ebenfalls nicht
bekannt.
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In
der
DE 44 24 772 A1 ist
eine automatische Reizgassprühanlage
für Alarmsysteme
beschrieben, bei der mechanisch eine Flasche geöffnet wird, so dass aus dieser
ein Reizgas direkt in die Umgebungsluft austritt. Eine Dosierungseinrichtung
oder Dosierungssteuerung ist bei der Reizgasfreisetzung zur Vermeidung
von Gesundheitsschäden
bei Grenzwertüberschreitung
nicht vorgesehen.
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Aus
der Gebrauchsmusterschrift
DE
202 01 265 U1 ist eine automatische CS Gas Vernebelung zu
entnehmen, bei der ein Reizgas aus einem Vorratsbehälter über eine
kurze Düse
austritt und durch einen Ventilator ein Reizgasluftgemisch in die
Umgebungsluft ausgebracht wird. Auch diese Lösung beinhaltet keine Dosierungssteuerung
für eine
optimale nicht gesundheitsschädigende
CS-Freisetzung über einen
längeren
Zeitraum.
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In
der Gebrauchsmusterschrift
DE
299 23 948 U1 , die eine Vorrichtung zur Hemmung von Straftätern beschreibt,
wird das Reizgas direkt aus einer Vorratsflasche in die Umgebungsluft
abgegeben. Eine Dosierungseinrichtung oder Dosierungssteuerung bei
der CS-Freisetzung zur Vermeidung von Gesundheitsschäden bei
Grenzwertüberschreitung
ist auch hier nicht beabsichtigt.
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In
der
EP 0524313 B1 wird
ein Sprühmittelverteilungssystem
zum Zerstäuben
von Ingredienzien in großen
Räumen
vorgestellt. Auch in dieser Lösung
ist keine Dosierungseinrichtung oder Dosierungssteuerung zur Einhaltung
von Grenzwerten bei der CS-Freisetzung zur Vermeidung von Gesundheitsschäden vorgesehen.
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Ferner
beschreibt die
EP 0425300
B1 ein Dosier- und Austragsystem zum Versprühen eines Wirkstoffs
(Insektizid). Das Treibmittel (vorzugsweise Kohlendioxyd) soll im
flüssigen
Zustand in das Leitungssystem gelangen und über eine Mischschleife mit
dem Wirkstoff vermischt werden. Zum Versprühen eines Reiz gases ist dieses
System nicht geeignet, da auch hier keine Dosierungssteuerung zur
Vermeidung von Gesundheitsschäden
vorgesehen ist.
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In
der Anmeldung
DE 10 2006
016 286.2 wird schließlich
ein Verfahren und eine Anlage beschrieben, mit der feste oder flüssige Reiz-
oder Kampfstoffe über
ein Leitungssystem in großen
Innen- oder Außenbereichen,
zur Abwehr von Personen, feinstverteilt werden. Eine Dosierungseinrichtung
oder Dosierungssteuerung bei der Reizstofffreisetzung zur Vermeidung
von Gesundheitsschäden bei
Grenzwertüberschreitung
ist auch aus dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.
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Alle
im Stand der Technik aufgeführten
Anlagen und Verfahren lassen eine Dosierungssteuerung zur Vermeidung
einer gesundheitsschädigenden Überschreitung
von Grenzwerten vermissen. Insbesondere bei der Freisetzung von
Reizstoffen in Räumen
muss, zur Vermeidung von Gesundheitsschäden die freigesetzte Menge
Reizstoff oder Reizgas im Verhältnis
zur Raumluft stehen.
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Die
bekannten Reizstoffsprühanlagen
und Reizstoffnebelanlagen lassen die Raumgröße bei der Freisetzung unberücksichtigt,
wodurch, bei einer das Raumvolumen nicht berücksichtigte willkürlichen Freisetzung,
die Gefahr einer Überschreitung
der Grenzwerte ebenso entsteht, wie eine Unterschreitung der gewünschten
Konzentration mit der Folge der Wirkungslosigkeit derartiger Anlagen.
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Ebenso
bleiben bei den bekannten Anlagen die stoff-, anlagen- und umweltbedingten
Einflussfaktoren auf die Konzentration eines Reizstoffes in einem
Raum unberücksichtigt.
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[Aufgabe der Erfindung]
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Anlage zum dosierten Freisetzen von Reizstoffen
mittels eines Treib- und/oder Lösungsgases
in Räumen
zur Personenabwehr unter Einhaltung gesundheitlicher Grenzwerte
zu schaffen, indem stoff-, anlagen- und umweltbedingte Einflussfaktoren
auf die Reizstoffkonzentration in einem Raum dahingehend zu beeinflussen
sind, dass die höchste
Wirksamkeit des Reizstoffs unter Ausschluss von Gesundheitsschäden und
eine dosierte vorgegebene Konzentration an Reizstoff in der Raumluft über einen
längeren
Zeitraum aufrecht gehalten wird.
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Die
Aufgabe wird mit den Merkmalen des 1. Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte
Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Reizstoffe
wirken beim Menschen auf sensorische, d. h. empfindliche Nervenendungen
in der Haut und Schleimhaut, insbesondere des Auges und der Atemwege,
die Folgen sind in Abhängigkeit
von der einwirkenden Konzentration, Tränen und Nasenfluss, Atembeschwerden
bis hin zum Atmstillstand, Hautreizungen bis zu Hautverätzungen.
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Ausgangspunkt
der Erfindung ist deshalb, dass eine Gesundheitsschädigung bei
der Freisetzung von Reizstoffen in Räumen nur vermieden werden kann,
wenn die Reizstoffmenge dosiert unterhalb der gesundheitlich unbedenklichen,
nicht bleibende Schäden
verursachenden Menge im Verhältnis
zum Raumvolumen freigesetzt wird.
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Der
gesundheitliche Grenzwert, der von der Art des verwendeten Reizstoff
abhängig
ist, wird in mg je m3 Raumluft angegeben.
Er entspricht der Menge an Reizstoffkonzentration, bei der sich
ein gesunder Mensch 30 Minuten ohne bleibende Schädigung aufhalten
kann. Dieser Grenzwert ist zur Vermeidung von Gesundheitsschäden einzuhalten.
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Eine
hohe Wirksamkeit der Abwehr von Personen in Räumen wird nur erzielt, wenn
die freigesetzte Reizstoffmenge nahe dem gesundheitlich unbedenklichen
Grenzwert liegt und über
den gewünschten
Abwehrzeitraum (Schutzzeitraum) aufrechtgehalten wird.
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Sollte
es sinnvoll oder erforderlich sein, geringere Reizstoffmengen freizusetzen
und diese den Erfordernissen anzupassen, ist dies mit dem hier beschriebenen
Verfahren ebenso möglich.
Ein derartiges vom Maximalwert abweichendes Erfordernis könnten z.B.
gesetzliche Vorgaben, Vorwarnfreisetzungen, Sicherheitsreserven
usw. sein.
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Dazu
ist nach einer freigesetzten raumvolumenbezogenen Erstdosierung
erforderlich die gesamten im unbedenklichen Verhältnis zur Raumgröße erfolgten
Reizstoffverluste auszugleichen. Reizstoffverluste entstehen durch
Luftaustausch angereicherter Raumluft, durch Niederschlag und Hydrologisierung
von Reizstoff.
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Die
Erfindung stellt deshalb eine Anlage für eine Dosierungssteuerung
zur Einhaltung gesundheitlicher Grenzwerte beim Freisetzen eines
Reizstoffes in Räumen
zur Personenabwehr vor, bei der, der in einem Treibgas enthaltene
Reizstoff mittels einer Freisetzungseinrichtung oder direkt aus
einem unter Druck stehenden Vorratsbehälter über ein Leitungssystem und
mindestens einer ventilgesteuerten Austrittsöffnung ausgebracht wird.
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Über eine
Steuerung wird der Reizstoff durch parameterabhängige Einflussfaktoren, die
sowohl stoff- und anlagenbedingt als auch umgebungsbedingt sein
können, über ein
erstes Zeitintervall zur Erstanreicherung freigesetzt, wobei die
Länge des
Zeitintervalls durch einen maximal zulässigen Wert, der eine gesundheitsschädigende
Wirkung ausschließt, bestimmt
ist. Im weiteren Verlauf wird über
ein oder mehrere weitere Zeitintervalle eine Nachdosierung durchgeführt, um
stoff- und umweltabhängige Verluste
auszugleichen, wobei die Mehrheit der Einflussfaktoren vorgegeben
und/oder berechenbar sind und grundsätzlich nur die Temperatur (evtl.
auch die Luftbewegung) als veränderbare,
den Druck des Treibgases bestimmende Größe für die Dosiersteuerung gemessen
wird.
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Die
benannten stoffbedingten Einflussfaktoren betreffen dabei überwiegend
den Reizstoff.
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Sofern
geeignete Sensoren zur Verfügung stehen
sollten, ist es neben der parameterabhängigen Dosierungssteuerung
auch möglich,
die Reizstoffkonzentration im Raum direkt zu messen und diesen Messwert
in der Anlage als Steuergröße für eine geregelte
dosierte Freisetzung zu verwenden.
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Vorraussetzung
dafür ist
ferner eine gleichmäßige Feinstverteilung
des Reizstoffs im Raum und eine sichere und ungehinderte Arbeitsweise
der Reizstoffsensoren.
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Die
stoff- und umweltbedingten Verluste sind durch folgende Einflussfaktoren
bestimmt:
- – Raumgröße in m3,
- – Reizstoffart
und die damit jeweils vorgegebenen gesundheitlich unbedenklichen
Grenzwerte mg/m3,
- – Reizstoffkonzentration
im Lösungsgas
oder Lösungsmittel
in mg/ml,
- – Treibgasart,
charakterisiert durch den spezifischen Temperaturdruck, (wobei das
Treibgas auch die Lösungsgasfunktion
erfüllen
kann)
- – Beimischungs-,
Emulsions-, Lösungskonzentration
von Treibgas-Lösungsmittel-Reizstoff
in mg Reizstoff je Volumen oder Lösungsprozent,
- – Halbwertzeit
verursacht durch Hydrologisierung (soweit sie eintritt) in Menge/Zeit,
- – Druckschwankung
des Treibgases verursacht durch Temperaturschwankung des Treibgases und
damit verbundene unterschiedliche Austragungsmengen in gleicher
Zeiteinheit in bar je °C,
- – Niederschlagsverlust
durch Niedersinken des Reizstoffes aus der Raumluft in Menge/Zeit,
- – Lüftungsverlust
durch Austragen angereicherter Raumluftmengen in Menge/Zeit, z.B.
aus Nachbarräumen
oder Freiland, durch Klimaanlagen, Garagenbelüftungsschlitze usw..
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Der
anlagenbedingte Einflussfaktor „Durchlassmenge pro Zeit" an der Austrittsöffnung geht
als feste Größe in die
Berechnung der Erstanreicherung und Nachdosierung ein. Gegebenenfalls
kann auch der Durchlass verändert
und gesteuert werden.
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Die
Steuerung der Einflussfaktoren wird durch das Verfahren und die
nach dem Verfahren arbeitenden Anlagen so beeinflusst, dass bei
einer Personenabwehr mittels Reizstofffreisetzungsanlagen bei der
Freisetzung ein gesundheitlich unbedenklicher Grenzwert der Reizstoffkonzentration
in der Raumluft nicht überschritten
wird. Gleichzeitig wird die Aufrechterhaltung einer wirksamen Konzentration nahe
des gesundheitlich unbedenklichen Grenzwertes über einen Zeitraum von mindestens
20 Minuten gewährleistet,
so dass eine wirksame Personenabwehr möglich ist, ohne die Person
zu verletzen.
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Dabei
ist bei einer ersten Freisetzung, unabhängig vom Reizstoffvorrat im
Vorratsbehälter,
nur soviel Reizstoff freizusetzen, wie ein vorgegebener Konzentrationswert
in der Raumluft vorgibt.
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Die
maximal nicht verletzende Reizgasmenge für einen Raum in dem eine Person
oder Personen abgewehrt werden sollen, wird durch die Multiplikation
des reizstoffabhängigen
Grenzwertes oder Vorgabewertes mit dem Raumvolumen als Reizstofferstfreisetzungsmenge
(z.B. für
CS = 2 mg/m3) berechnet. Sie ist z.B. für CS Reizstoff
durch den IDLH-Wert vorgegeben.
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IDLH
(Immediately Dangerous to Life and Health) ist eine von der US-amerikanischen
Arbeitsschutzbehörde
(OSHA) und dem dortigen Arbeitsschutzinstitut (N1OSH) im Rahmen
eines Konzepts zur Bewertung von Störfällen abgeleitete Konzentration
eines Stoffs. Nach diesem Konzept sollte es möglich sein, bei einer Exposition
bis zur Höhe
des IDLH die Flucht zu ergreifen, auch dann, wenn ein Atemschutzgerät ausfallt,
ohne bei einer bis zu 30 Minuten lang anhaltenden Exposition gegen
diesen Stoff lebensbedrohliche oder sonstige schwere Gesundheitseffekte
zu erleiden. Es kann sich auch um eine andere internationale oder
nationale Vorgabe handeln, die zur Vermeidung von Gesundheitsschäden Grenzwerte
von Reizstoffen in Einwirkkonzentrationen, auch unter Umständen mit
Einwirkzeiten vorgibt, die als Maximalgrenzwert dienen.
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Unter
Erstfreisetzungsmenge versteht man deshalb die höchstzulässige oder vorgegebene Reizstoffmenge,
die zur Reizstofffreisetzung für
das gesamte Raumvolumen zur Erstabwehr von Personen nötig ist.
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Im
Gegensatz dazu ist die Nachdosierungsmenge, die nach einem bestimmten
Zeitraum, der Konzentrationshaltezeit, durch Reizstoffniederschlag,
Luftzirkulationsverlust sowie Reizstoffhydrologisierung ausgeglichen
wird, um die erste Freisetzungskonzentration wieder zu erreichen.
Aus Sicherheitsgründen
ist es sinnvoll den maximal zulässigen Wert
zu unterschreiten. Bei der Freisetzung von CS-Reizstoff wurden auch bei geringeren
als den maximal zulässigen
Konzentrationen gute Abwehreigenschaften festgestellt.
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Um
die größte Wirksamkeit
ohne Körperverletzung
bei der Personenabwehr in Räumen,
z.B. beim Einsatz von CS-Reizstoff zu erreichen, sollte eine Raumkonzentration
von unter 2 mg/m3 freigesetzt und über einen
Zeitraum von mindestens 20 Minuten gehalten werden.
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Handelsübliche Reizstoffsprayflaschen
entsprechen mit ihrem Inhalt nur äußerst selten der erforderlichen
und zulässigen
Menge für
ein bestimmtes Raumvolumen.
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Ihre
Inhalte an Wirkstoff sind willkürlich
festgelegt und haben keinen Bezug zum Raumvolumen des Freisetzungsortes.
Beim Entleeren einer handelsüblichen
Reizstoffsprayflasche in Räumen
kann es sowohl zu einer gesundheitsgefährdenden Konzentrationsüberschreitung,
als auch zu einer wirkungslosen Konzentrationsunterschreitung kommen. Abgesehen
davon ist die Freisetzung oft direkt auf die Person gerichtet, so
dass es zu örtlich
unterschiedlichen Gefährdungswerten
kommen kann. Um punktuelle Konzentrationsüberschreitungen zu minimieren
oder auszuschließen,
muss die zu steuernde oder zu regelnde Reizgasfreisetzungsanlage über ein
ausreichend weit verzweigtes Austragungssystem verfügen, dass
eine homogene Verteilung gestattet.
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Die
Steuerung zur Dosierung der Anreicherung der Raumluft mit Reizstoff
erfolgt grundsätzlich über eine
Zeitsteuerung eines Reizstoffaustrittsventils.
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Zusätzlich ist
es auch möglich,
die Austrittsmenge an der Austrittsöffnung zu steuern, indem diese
verengt oder erweitert wird.
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Die
Reizstofflösungskonzentration
und Reizstofflösungsmenge
ist vom Lieferanten handelsüblicher
Reizstoffbehälter
festgelegt oder wird definiert angemischt.
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Ebenso
ist das Treib- und/oder Lösungsgas, sowie
unter Umständen
die beigemengten Lösungsmittel
und/oder Emulgatoren, in seinen (ihren) chemischen Zusammensetzungen
und physikalischen Eigenschaften bekannt. Temperatur und Druck des Treibgases
und die Größe der Leitungen,
Ventile und Düsen
sind mit ihren Durchlassmengen bekannt, mess- oder berechenbar.
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Aus
diesen Größen lässt sich
berechnen, oder aus Tests ermitteln, wie viel Reizstoff in einer Zeiteinheit,
z.B. in Sekunden (mg/s), aus einem Vorratsbehälter zum Erreichen einer gewünschten
Reizstoffkonzentration freigesetzt wird.
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Durch
die Steuerung des Reizstofffreisetzungsventils über eine Zeitsteuerung, z.B.
Zeitrelais, Prozessor oder Uhrwerk usw., das die Öffnungszeit des
Reizstofffreisetzungsventils auf die Freisetzungsmenge entsprechend
dem Raumvolumen unter dem gesundheitlich unbedenklichen Grenzwert begrenzt.
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Unter
dieser Art der Freisetzung, die die maximal zulässige Menge Reizstoff im Verhältnis zum Raumvolumen
beim Beginn der Abwehr freisetzt, versteht man allgemein, den Vorgang
der Erstanreicherung.
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Nachdem
der Reizstoff freigesetzt wurde, beginnen die jeweils vorhandenen
Einflussfaktoren wie Reizstoffniederschlag, Lüftungsverlust, z.B. durch Undichtheit
der Räume
und Hydrologisierung des Reizstoffs zu wirken. Wird dem nichts entgegengesetzt,
wird die freigesetzte Reizstoffkonzentration in Abhängigkeit
von ihrer Einwirkzeit bis zur Wirkungslosigkeit verringert.
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Um
einen wirkungsvollen Raumschutz und somit eine Personenabwehr über einen
längeren Zeitraum
zu erreichen, müssen
die Reizstoffkonzentrationsverluste der Raumluft durch eine Ergänzungsfreisetzung
nach einer bestimmten Zeit, der Sperrzeit, durch Freisetzen einer
Nachdosierungsmenge ausgeglichen werden.
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Unter
Ergänzungsfreisetzung
versteht man, die Freisetzung von einer präzisen Reizstoffmenge, die den
Verlust an Reizstoff ausgleicht, der in der Zeit von der Erstfreisetzung
bis zur Ergänzungsfreisetzung
eingetreten ist. Sie dient der Erreichung der Reizstoffkonzentration
der Erstfreisetzung in der Raumluft, um somit die Abwehrwirkung
in derselben Stärke
der Erstfreisetzung wieder zu erzielen.
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Bei
der Ergänzungsfreisetzung
wird die Ergänzungsmenge
freigesetzt, die nach einen bestimmten Zeitraum der Konzentrationshaltezeit
durch Reizstoffniederschlag, Luftzirkulationsverlust sowie Reizstoffhydrologisierung
ausgeglichen wird, um die Erstfreisetzungskonzentration wieder zu
erreichen.
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Die
Niederschlagsverluste von Reizstoff in einer Zeiteinheit sind als
physikalische Größe bekannt,
sie betragen z.B. bei CS 33 % der Freisetzungsmenge, innerhalb von
2 Stunden sind das 0,275 % pro Minute.
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Der
Lüftungsverlust
ist bauphysikalisch zu ermitteln, oder einzuschätzen. Er fließt in die
Berechnung der Nachdosierungsmenge mit einem Verlust mg/m3 je Zeiteinheit in die Nachdosierungsmenge ein.
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Die
Zeiteinheit ist dabei die Zeit, die zwischen Erstdosierung bis zum
Nachdosierungszeitpunkt vergangen ist.
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Die
Hydrologisierung von Reizstoff, welche manche Reizstoffarten aufweisen,
fließt
in die Nachdosierung mit ihrer Halbwertzeit, z.B. von 14 Minuten bei
CS, bezogen auf den Nachdosierungszeitpunkt, ein.
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In
Abhängigkeit
von der Größe der Einflussfaktoren
und der geforderten Abwehrwirksamkeit mit einer erforderlichen Konzentration
unterhalb der nichtletalen und dadurch zulässigen Konzentration als Maximalmenge
und geforderte Wirkungsstärke, in
Folge Minimalkonzentration, ergibt sich der Zeitpunkt der Nachdosierungsmenge
und des Nachdosierungszeitpunktes.
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Der
Zeitraum zwischen der Erstfreisetzung und der Nachdosierung ist
die Sperrzeit, in der das Zeitrelais zur Auslösung gesperrt ist. Sie beginnt nach
Freisetzen der Erstauslösung
und endet am Nachdosierungszeitpunkt, an dem die Freisetzung der
Nachdosierungsmenge beginnt. Der Nachdosierungszeitpunkt ist erreicht,
wenn die Einflussfaktoren die Reizstoffkonzentration soweit gemindert
haben, dass die Untergrenze der gewünschten Wirksamkeit und der
damit verbundenen Konzentration erreicht ist.
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Die
Nachdosierungszeit ist demzufolge die Zeit, in der das Reizstofffreisetzungsventil
für die Nachdosierung
geöffnet
ist. Es bleibt so lange geöffnet,
wie es zur Freisetzung der Nachdosierungsmenge erforderlich ist.
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Befinden
sich die Treibgasbehälter
bei Zumischanlagen, oder die Vorratsbehälter mit Treibgaslösungsmittel
und Reizstoff, in Räumen
mit Temperaturschwankungen, verändert
sich in Folge der Treibgasdruckveränderung die Austragungsmenge
bezogen auf die Zeiteinheit.
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Diese
druckverursachte Austragungsveränderung
lässt sich
treibgas- oder lösungsgasbezogen in
sogenannten Drucktemperaturdiagrammen, die für die Gasarten bekannt sind,
ermitteln.
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Bei
ansteigenden Temperaturen steigt der Druck, bei sinkenden Temperaturen
fällt der
Druck. Somit steigt oder fällt
die Freisetzungsmenge in gleicher Zeiteinheit.
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Diese
Vorgänge
werden durch Zuschalten einer Temperaturmesseinrichtung zur Beeinflussung der
Zeitsteuerung ausgeglichen. Die Öffnungszeiten für das Reizstoffventil
werden entsprechend den Temperaturveränderungen verkürzt oder
verlängert.
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Bei
Wärme verkürzt und
bei Kälte
verlängert sich
die Öffnungszeit,
so dass damit die Erstfreisetzungs- und Nachdosierungswerte unabhängig von temperaturbedingten
Druckveränderungen
erreicht werden.
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Eine
andere Möglichkeit
besteht darin, die Temperaturveränderung
und die damit verbundene Druckveränderung sowie Austragungsveränderung durch
Einsetzen eines Bimetalls oder Flüssigkeitsthermostaten in das
Leitungssystem oder in die Austrittsöffnung auszugleichen, um diese
thermodynamisch verändern.
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Der
Flüssigkeitsthermostat
oder das Bimetallelement verengt dabei selbsttätig den Maximalquerschnitt,
der bei der niedrigsten Temperatur zur notwendigen Freisetzung erforderlich
ist. Der Reizstoffdurchlass wird bei Temperatur- und Druckerhöhung so
verengt, dass die durch den Druckanstieg erhöhte Durchflussmenge kompensiert
wird.
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Dabei
ist konstruktiv festzulegen, dass der Maximalöffnungsquerschnitt des Thermostaten
kleiner ist, als der Öffnungsquerschnitt
des Öffnungsventils
oder der Austrittsöffnung.
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Eine
weitere vorteilhafte Lösung,
die z.B. für mobile
Reizstoff/Reizgasfreisetzungsanlagen geeignet ist, ist die Steuerung
der Austragungsmenge an Reizstoff-Reizgas durch einen Reizstoffsensor.
Bei der Erstfreisetzung und der Nachdosierung durch einen oder mehrere
Reizstoffsensoren, die ihr Korrektursignal an die Steuereinheit
eingehen, wenn der gewünschte
Wert oder der Grenzwert oder der gesundheitliche Grenzwert in der
mit Reizstoff anzureichenden Luft erreicht ist.
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Bei
dieser Arbeitsweise muss durch fortlaufende Reizstoffkonzentrationsmessungen
der Raumluft und Programmgestaltung im Prozessor Verteilungsaustragungsmengenunterschiede
ausgeglichen werden. Derartige Verteilungsunterschiede treten bei
der Erstfreisetzung und Nachdosierung auf, bis sich der Reizstoff
von der Austragungsöffnung
relativ homogen in der Raumluft verteilt hat. Durch den Einsatz
mehrerer Reizstoffsensoren und Vernetzungsprogrammierung können relativ
homogene Reizstoffverteilungen erzielt werden.
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[Beispiele]
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An
Hand von Zeichnungen wird die Wirkungsweise der Erfindung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 die
grundsätzliche
Arbeitsweise der Dosiersteuerungsanlage mit Prozessor und Thermosensor,
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2 Die
Arbeitsweise der Steuerung mit Prozessor und Thermostat.
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Das
Beispiel wird an Hand der Verwendung eines CS-Reizstoffes in den
Figuren 1 und 2 erklärt. Es sind
aber auch alle an deren Arten von Reizstoffen und Reizgasen einsetzbar.
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Bei
der Freisetzung von CS-Reizstoff als ein nichtletales, nichtverletzendes
Wirkmittel (Non Lethal Weapons) zur Abwehr von Personen innerhalb
von Räumen 1 darf
nur eine dosierte Menge CS-Reizstoff freigesetzt werden, die einen
Gesundheitsschaden ausschließt.
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Gleichzeitig
müssen
zur Erzielung einer hohen Abwehrwirksamkeit möglichst hohe oder vorgegebene
Konzentrationen freigesetzt werden.
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Der
Grenzwert, bei dem sich eine Person ohne Gesundheitsschäden der
Einwirkung von CS 30 Minuten aussetzen kann, ist z.B. gemäß IDLH-Wert
eine Konzentration von 2 mg/m3 CS-Reizstoff
in der Raumluft. Bei undosierter Freisetzung von CS aus einem Vorratsbehälter kann
je nach Vorratsmenge und Raumgröße die Personenabwehr
wirkungslos oder verletzend sein, einzig allein die Dosierung von
CS als Raumluftanteil ist entscheidend.
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Zur
Erzielung einer möglichst
hohen Abwehrwirksamkeit über
einen längeren
Zeitraum muss sich die CS-Reizstoffkonzentration nahe dem Grenzwert
befinden und gehalten werden. Dem entgegen steht die Hydrolyse von
CS mit der Luftfeuchtigkeit, die zu den abwehrunwirksamen Stoffen
o-Chlorbenzaldehyd und Malonsäuredinitril
führt.
Dabei beträgt die
Halbwertzeit ca. 14 Minuten.
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Zur
Aufrechterhaltung der vorgegebenen CS-Konzentration nach einer Erstfreisetzung
TE über einen
längeren
Zeitraum ist eine Nachdosierung TN erforderlich,
die den Hydrologisierungsverlust ausgleicht.
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Durch
die Verwendung von Treib- und/oder Lösungsgasen zur Freisetzung
und Feinstverteilung von CS-Reizstoffen verändern sich die Freisetzungsmengen
entsprechend den Temperaturveränderungen
der Gase und den dadurch verursachten Druckänderungen der Gase.
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In
Folge der temperaturbedingten Druckschwankung verändert sich
auch die Austragungsmenge des beigemengten CS-Reizstoffes innerhalb des
gleichen Freisetzungszeitraumes.
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Bei
hohen Temperaturen mit hohen Gasdrücken und hoher Austraggeschwindigkeiten
kann der Grenzwert von 2 mg/m3 überschritten
werden. Bei niedrigen Temperaturen kann die Austragungsmenge für eine Wirksamkeit
zu gering sein.
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Zur
Erzielung einer wirksamen Personenabwehr ist es deshalb erforderlich,
die Konzentration an CS-Reizstoff an der Grenze von 2 mg/m3 oder eine andere vorgegebene Konzentration über einen
längeren
Zeitraum zu halten, ohne diesen zu überschreiten.
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Mit
einer Sprüheinrichtung 2 wird
in einen Raum 1 eine ausreichende Menge Reizstoff zu Abwehr
von Eindringlingen abgegeben und über eine längere Zeit, z.B. 30 min aufrechtgehalten.
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Die
Sprüheinrichtung 2 besteht
aus einem Vorratsbehälter 3,
der aus einer Druckgasflasche oder einem Vorratsbehälter in
einer Verteilungsanlage besteht, bei der über ein Ventil 4 die
Reizstoffe einer oder mehrerer Austrittsdüsen 5 zugeführt wird. Das
Ventil 4, beispielsweise ein Magnetventil, ist steuerbar.
Es ist aber auch möglich
die Durchflussmenge und/oder die Öffnung der Austrittsdüse 5 zu steuern.
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Ausgelöst durch
einen Sensor 6, z.B. einem Einbruchsmelder, Lichtschranke
usw. wird über
ein Einschaltsignal 12 eine Steuereinheit 7 aktiviert,
die dann in Abhängigkeit
von festen Größen SF und variablen Größen SV das
Ventil 4 steuert. In dem Ausführungsbeispiel 1 erfolgt
die Steuerung ausschließlich über die
Zeit t, in der das Ventil 4 öffnet und schließt.
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In
einem ersten Zeitintervall TE für die Erstfreisetzung
wird der Raum 1 mit einer vorgegebenen Abwehrdosis angereichert.
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In
Abhängigkeit
von verschiedenen Einflussfaktoren sinkt die Dosis und muss nach
einer bestimmten Zeit t in einem oder mehreren Zeitintervallen TN nachdosiert werden.
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Die
Einflussfaktoren sind sowohl stoff- und anlagenbedingt, als auch
durch Umgebungseinflüsse veranlasst.
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Stoff-
und anlagenbedingte Einflussfaktoren sind:
- – Reizstoffart
- – Reizstoffniederschlag
- – Reizstoffkonzentration
- – Hydrologisierung
von Reizstoff
- – Freisetzungsmenge
pro Zeiteinheit
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Umgebungsbedingte
Einflussfaktoren sind:
- – Raumgröße
- – Temperatur
des Treibgases und des damit verbundenen Verdampfungsdrucks
- – Luftbewegung
durch Raumöffnungen
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Für die Steuerung
sind die Einflussfaktoren in fest voreinstellbare Steuergrößen SF und variable, sich während des Betriebes veränderbare
Steuergrößen SV eingeteilt.
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Zu
den variablen Größen SV zählen
die Temperatur und die Luftbewegung, wobei es ausreicht nur die
Temperatur über
einen Thermosensor 8 zu messen, die dann als Korrektursignal 13 in
die Steuereinheit 7 eingeht. Die mögliche Luftbewegung ist bautechnisch
berechenbar und als feste Größe für die jeweilige
Anlage zu berücksichtigen.
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Sollte
eine Klima- und Lüftungsanlage
in dem zu kontaminierenden Raum 1 installiert sein, bei der
die Raumluft durch einen Lüfter
in bestimmten Abständen
ausgetauscht wird, kann dieser Luftaustausch zusätzlich als Steuergröße SV für
die Steuereinheit 7 berücksichtigt
werden, z.B. fließt
ein Strom durch den Lüfter
oder nicht.
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Die
Steuergrößen SF, SV werden über einen Rechner 9 erfasst
und bewertet. Der Rechner 9 legt die notwendigen Zeiten
T für die
Erstdosierung TE und die Nachdosierung TN fest und ein Zeitgeber 10 steuert
das Ventil 4.
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Über eine
Energieversorgung 11 wird der Dosierungssteuerung die notwendige
Energie zugeführt.
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In 2 wurde
an Stelle des Thermosensors 8 ein Thermostat 12 in
das Leitungssystem der Sprühanlage 2 eingesetzt,
der die Durchflussmenge infolge der temperaturbedingten Druckveränderung vergrößert oder
verkleinert.
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Alle
anderen Einflussfaktoren werden über die
Steuereinheit 7 gesteuert, indem das Ventil 4 zeitabhängig öffnet und
schließt.
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- 1
- Raum
- 2
- Austragungseinrichtung
- 3
- Vorratsbehälter
- 4
- Steuerbares
Ventil
- 5
- Austrittsöffnung
- 6
- Auslösesensor/Auslöser
- 7
- Steuereinheit
- 8
- Thermosensor
- 9
- Rechner
- 10
- Zeitgeber
- 11
- Energieversorgung
- 12
- Einschaltsignal
- 13
- Korrektursignal
- 14
- Thermostat