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Feuermelder dieser Art sind bekannt. Bei ihnen ionisiert die radio
aktive Quelle die in ihrer Umgebung befindliche Luft, und die erzeugten Ionen wandern
unter dem Einfluß des zwischen den Elektroden herrschenden elektrischen Feldes zur
Elektrode entgegengesetzten Potentials, wodurch ein
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lonisationsstrom fließt. Treten Rauchgase in die Ionisationskammer
ein, so vermindert sich die Beweglichkeit der Ionen, der Ionisationsstrom verringert
sich, und auf Grund des absinkenden Ionisationsstroms oder der dementsprechend ansteigenden
Spannung zwischen den Elektroden kann ein Alarm ausgelöst werden. Der Ionisationsstrom
kann jedoch auch dadurch in unerwünschter Weise verringert werden, daß Ionen infolge
von Luftbewegungen aus dem Bereich der Elektroden hinausgetragen werden.
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Die Beweglichkeit positiver Luftionen liegt nämlich bei 1,6 cm' V-ls-l,
woraus sich beispielsweise bei einer elektrischen Feldstärke von 10 V/cm eine Ionenwanderungsgeschwindigkeit
von 16 cm/s ergibt.
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Die entsprechende Geschwindigkeit für negative Luftionen beträgt etwa
22 cm/s. Erreicht die Bewegungsgeschwindigkeit der den Melder durchströmenden Luft
einen Wert, der in der Größenordnung der Ionenwanderungsgeschwindigkeit liegt, so
wird ein beträchtlicher Anteil der Ionen fortgetragen. Hierdurch kann ein Fehlalarm
ausgelöst werden.
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Um diese Windempfindlichkeit bei Ionisations-Feuermeldern zu vermeiden,
ist es bekannt, Windschutzvorrichtungen vorzusehen. Beispielsweise werden ineinandergeschobene,
becherförmige Schutzschirme mit mehreren, gegeneinander versetzten Öffnungen vorgesehen,
so daß bewegte Luft keinen direkten Zutritt zur Ionisationskammer hat (deutsche
Offenlegungsschrift 1 928 874). Durch derartige Schutzvorrichtungen wird jedoch
ebenfalls der Eintritt von Brandobjekten in die Ionisationskammer behindert, wodurch
die Empfindlichkeit des Feuermelders bei schwach bewegter Luft herabgesetzt wird.
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Es ist auch ein fotoelektrischer Feuermelder (USA.-Patentschrift
3 460 124) bekannt, bei dem der Rauch unter mehrmaliger Umlenkung derart in eine
Meßkammer geleitet wird, daß in dieser zumindest bei größeren Geschwindigkeiten
der umgebenden Luft eine turbulente Strömung herrscht. Die diese Turbulenz verursachenden
Umlenkungen dienen dazu, den Eintritt von Licht aus der Umgebung in die Meßkammer
zu verhindern. Eine Verlängerung der Verweildauer der Rauchpartikeln in der Meßkammer,
die durch die Behinderung derRauchströmung durch die mehrmalige Umlenkung erzielt
werden könnte, ist jedoch im Interesse einer hohen Empfindlichkeit unerwünscht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ionisations-Feuermelder
derart auszubilden, daß der Ionisationsstrom in nur geringem Maße durch Luftbewegungen
beeinflußt wird und daß trotzdem bei schwach bewegter Luft die Empfindlichkeit nicht
beeinträchtigt ist.
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Die Aufgabe wird bei einem Ionisationsfeuermelder der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß mindestens eine Elektrode auf ihrer der
anderen Elektrode zugewandten Seite eine Vertiefung aufweist und daß die Tiefe der
Vertiefung und der geringste Abstand der Elektroden derart bemessen sind, daß im
Bereich zwischen den Elektroden bei Geschwindigkeiten der umgebenden Luft von mindestens
der Größenordnung der Ionenwanderungsgeschwindigkeit zwischen den Elektroden eine
zumindest teilweise turbulente Strömung und bei Geschwindigkeiten geringerer Größenordnungen
eine praktisch laminare Strömung herrscht.
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Bei dem Feuermelder gemäß der Erfindung ist keine Windschutzvorrichtung
für die Eintrittsöffnung
erforderlich, so daß bei schwach bewegter Luft keine Herabsetzung
der Empfindlichkeit eintritt. In diesem Fall durchströmt die Luft mit gegebenenfalls
vorhandenen Rauchgasen den Bereich zwischen den Elektroden in laminarer Strömung.
Bei größeren Luftgeschwindigkeiten von mindestens der Größenordnung der Ionenwanderungsgeschwindigkeit
treten dagegen durch die Vertiefung der einen Elektrode bewirkte Verwirbelungen
auf. Hierdurch wird einerseits die Energie des die Ionen mit sich führenden Luftstromes
derart verringert, daß der zwischen den Elektroden verbleibende, wirksame Ionenanteil
gegenüber den bekannten Ionisations-Feuermeldern wesentlich erhöht ist, und andererseits
wird die Verweildauer der in den Luftwirbeln umlaufenden Ionen im Bereich zwischen
den Elektroden erhöht, so daß die Wahrscheinlichkeit vergrößert ist, daß die Ionen
auf die jeweils auf entgegengesetztem Potential liegende Elektrode gelangen.
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Um eine gute Wirksamkeit zu erreichen, ist vorzugsweise das Verhältnis
der Tiefe der Vertiefung zu dem geringsten Abstand der Elektroden mindestens 1:
3.
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Die Vertiefung einer Elektrode kann dadurch erhalten sein, daß diese
von einem in Richtung auf die andere Elektrode vorspringenden, elektrisch leitenden,
einen Teil der Elektrode bildenden Rand umgeben ist, so daß diese Elektrode becherförmig
gestaltet ist. Andere Formen von Vertiefungen sind ebenfalls möglich; so kommen
insbesondere kugelabschnittähnliche, kegel- oder kegelstumpfförmige Vertiefungen
in Frage.
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Zur Erzielung weitgehend laminarer Luftströmungen zwischen den Elektroden
bei niedrigen Luftgeschwindigkeiten ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine Elektrode
einen kreisscheibenförmigen Grundriß aufweist. Gemäß einer Ausführungsform kann
hierbei eine innere Elektrode zylindrisch mit in einer Stirnseite vorgesehener Vertiefung
und eine äußere Elektrode zylindrisch-becherförmig ausgebildet sein, wobei die äußere
Elektrode die innere koaxial in einem Abstand umgibt. Der Außendurchmesser der inneren
Elektrode ist hierbei vorteilhaft zumindest gleich der Hälfte des Innendurchmessers
der äußeren Elektrode.
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Mindestens eine Eintrittsöffnung für die umgebende Luft kann axial
gegenüber demjenigen Bereich versetzt angeordnet sein, in dem der Ionisationsstrom
im wesentlichen fließt. Hierdurch werden gegebenenfalls bei niedrigen Luftgeschwindigkeiten
an der Eintrittsöffnung auftretende Turbulenzen nicht in den genannten Bereich übertragen.
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Um den Lufteintritt und -austritt zu fördern, ohne die gewünschten
Strömungsverhältnisse zu beeinträchtigen, kann eine Elektrode als luftdurchlässiges
Gewebe, Gitter od. dgl. ausgebildet sein. die kann hierzu in bekannter Weise aus
Metalldrähten oder aus metallisch beschichtetem Kunststoff bestehen.
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Um die Strömungsverhältnisse an der Lufteintrittsöffnung insbesondere
bei niedrigen Luftgeschwindigkeiten zu stabilisieren, kann die Lufteintrittsöffnung
von einem Gitter bedeckt sein.
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In weiterer Ausgestaltung der erwähnten Bauweise mit zylindrischer
innerer und zylindrisch-becherförmiger äußerer Elektrode kann vorgesehen sein, daß
das die Ionisationskammer umgebende Gehäuse eine luftundurchlässige, zylindrische
Außenwand aufweist und mit einem zylindrischen Sockel von gegenüber
dem
Gehäuse größerem Durchmesser verbunden ist, daß die gegenüber demjenigen Bereich,
in dem der Ionisationsstrom im wesentlichen fließt, versetzt angeordnete Eintrittsöffnung
in dem kreisringförmigen Bereich der Stirnseite des Sockels angeordnet ist, der
von dem die Ionisationskammer umgebenden Gehäuse freigelassen ist, daß die freie
Stirnseite des die Ionisationskammer umgebenden Gehäuses mindestens eine Luftaustrittsöffnung
aufweist und daß auf der Innenseite der freien Stirnseite des die Ionisationskammer
umgebenden Gehäuses die luftdurchlässige Elektrode angeordnet ist. Hierbei staut
sich die Luft bei annähernd zur Achse des Gehäuses senkrechter Bewegungsrichtung
auf der Außenseite des Gehäuses, tritt durch den ihr zugewandten Teil der Eintritts
öffnung oder ihr zugewandte Eintrittsöffnungen in die Ionisationskammer ein und
durch einen diametral gegenüberliegenden Teil der Eintrittsöffnung oder durch diametral
gegenüberliegende Eintrittsöffnungen sowie durch die Luftaustrittsöffnung aus und
erhält hierbei den gewünschten Strömung verlauf. Die erwähnte luftdurchlässige Abdeckung
der Eintrittsöffnung kann bei der genannten Ausführung dadurch erreicht werden,
daß die becherförmige, luftdurchlässige Elektrode an ihrer offenen Stirnseite einen
sich zumindest annähernd radial nach außen erstreckenden, die Eintrittsöffnung bedeckenden
Rand aufweist.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß mindestens
eine radioaktive Quelle zwischen der Eintrittsöffnung und den Elektroden so weit
entfernt von diesen angeordnet ist, daß ein Teil der von dieser Quelle oder weiteren
Quellen insgesamt erzeugten Ionen bei ruhender umgebender Luft keinen Beitrag zum
Ionisationsstrom leistet.
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Sobald dann eine Luftbewegung stattfindet, werden die sonst nichts
zum Ionisationsstrom beitragenden Ionen in den Bereich zwischen die Elektroden getragen,
verstärken den Ionisationsstrom und kompensieren damit durch die Luftbewegung auftretende
Verluste an Ionen.
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Bei der erwähnten Bauart mit zylindrischer innerer Elektrode und
zylindrisch-becherförmiger äußerer Elektrode kann die erwähnte Maßnahme dadurch
verwirklicht werden, daß der Abstand der einander zugekehrten Stirnseiten der Elektroden
geringer als die Differenz des Ionendurchmessers der äußeren Elektrode und der inneren
Elektrode ist und daß mindestens eine radioaktive Quelle in der Nähe der offenen
Stirnseite der äußeren Elektrode angeordnet ist. Bei der erwähnten Bauweise mit
sich radial nach außen erstreckendem Rand der äußeren Elektrode ist vorzugsweise
mindestens eine radioaktive Quelle an der Eintritts öffnung angeordnet.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert,
in denen Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch
einen Feuermelder gemäß der Erfindung, Fig.2 bis 4 Außenansichten von weiteren Ausführungsbeispielen
von Innenelektroden für den Feuermelder gemäß F i g. 1.
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In F i g. 1 ist ein Ionisations-Feuermelder insoweit dargestellt,
als sein Aufbau im vorliegenden Zusammenhang interessiert. Der Melder weist eine
innere zylindrische Elektrode 10 und eine diese koaxial umgebende, zylindrisch becherförmige
äußere Elektrode 12 auf. Die Elektroden 10, 12 sind mittels Klemmen
14, 16 an negatives
bzw. positives Potential gelegt.
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Eine radio aktive Quelle in Form eines Alpha-Strahlers 18 ionisiert
den Bereich zwischen den Stirnseiten der Elektroden 10, 12, so daß im wesentlichen
in diesem Bereich der Ionisationsstrom fließt.
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Die innere Elektrode 10 weist auf ihrer der äußeren Elektrode 12
zugewandten Stirnseite dadurch eine Vertiefung 20 auf, daß sie von einem in Richtung
auf die äußere Elektrode 12 vorspringenden, elektrisch leitenden Rand 22 umgeben
ist. Der Rand setzt sich in einem zylindrischen Außenmantel 24 fort, der ebenfalls
einen Teil der Elektrode 10 bildet.
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Die Höhe des Rands 22 ist annähernd gleich groß wie der geringste
Abstand zwischen den Elektroden 10, 12, nämlich der Abstand des äußeren, in Figur
unteren Endes des Rands 22 von der ebenen Stirnseite der äußeren Elektrode 12.
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Der gesamte Feuermelder ist in seinem mechanischen Aufbau punktsymmetrisch.
Das Gehäuse 26, das die die ElektrodenlO, 12 aufnehmende Ionisationskammer 28 umgibt,
weist eine luftundurchlässige, zylindrische Außenwand 30 auf. Es ist an einem Sockel
32 von gegenüber dem Gehäuse 26 größerem Durchmesser befestigt. In dem kreisringförmigen
Bereich der Stirnseite des Sockels 32, der von dem Gehäuse 26 freigelassen ist,
ist eine kreisringförmige Eintrittsöffnung 34 vorgesehen, die durch schmale Haltestege
unterteilt ist. Die Eintrittsöffnung 34 ist somit gegenüber dem Bereich zwischen
den Elektroden 10, 12, in dem der Ionisationsstrom im wesentlichen fließt, axial
versetzt. Die freie Stirnseite des Gehäuses 26 weist eine große, kreisförmige Luftaustrittsöffnung
36 auf, die gegebenenfalls ebenfalls durch nicht gezeigte Haltestege unterteilt
sein kann.
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Die äußere Elektrode 12 besteht aus einem luftdurchlässigen Metalldrahtgewebe
und weist an ihrer offenen Stirnseite einen sich radial nach außen erstreckenden
Rand 38 auf, so daß sie sowohl die Eintrittsöffnung 34 wie auch die Luftaustrittsöffnung
bedeckt.
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Bei bewegter Luft in senkrechter Richtung zur Melderachse entsprechend
den Pfeilen 46 treten nach dem bekannten Prinzip des Venturi-Rohres auf Grund unterschiedlicher
Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich der Eintrittsöffnung 34 und der Luftaustrittsöffnung
36 Druckunterschiede auf, die zu einem Unterdruck an der Luftaustrittsöffnung 36
gegenüber demjenigen Teil der Eintritts öffnung 34 führen, der auf der Windaufprallseite
liegt. Hierdurch entsteht in der Ionisationskammer 28 eine Luftbewegung in Richtung
der Pfeile 40. Der an der Windaufprallseite anstehende Staudruck, der insbesondere
durch die zylindrische Wandung 30 des Gehäuses 26 bedingt ist, unterstützt die Luftbewegung.
Außer aus der Luftaustrittsöffnung 36 tritt Luft auch in Richtung des Pfeils 42
aus demjenigen Teil der Lufteintrittsöffnung 34 aus, der auf der der Windaufprallseite
gegenüberliegenden Seite liegt. Bei geringer äußerer Luftströmung bis etwa 50 cm/s
im rechten Winkel zur Melderachse findet innerhalb der Ionisationskammer 28 ein
nur geringer Durchzug von Luft mit im wesentlichen laminarer Strömung statt, wodurch
die Ionenbewegung nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Bei größeren Luftgeschwindigkeiten
treten durch Verwirbelung innerhalb der Vertiefung 20 und auch im Bereich der Eintrittsöffnung
34 größere Druckunterschiede zwischen der Eintrittsöffnung 34 und der Luftaustrittsöffnung
36 auf, wodurch der Abtransport
der vomAlpha-Strahlerl8 erzeugten
Ionen trotz höherer Geschwindigkeit der umgebenden Luft nur geringfügig erhöht und
die Verweilzeit der Ionen vergrößert wird. So wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
bei einer äußeren Windgeschwindigkeit von 500 cm/s in senkrechter Richtung zur Melderachse
der Ionisationsstrom bei einer mittleren elektrischen Feldstärke von 10 V/cm zwischen
den Elektroden 10, 12 gegenüber dem Ionisationsstrom bei ruhender Luft um weniger
als 10 0/o verringert, so daß noch ein genügend großer Störabstand gegenüber der
erforderlichen Ansprechschwelle zur Auswertung von Brandkriterien gewahrt bleibt.
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Immerhin werden bei größeren Windgeschwindigkeiten doch einige Ionen
aus der Ionisationskammer 28 hinausgetragen, wodurch sich der Ionisationsstrom verringern
könnte. Um diese Verluste zu kompensieren, sind an der Eintrittsöffnung weitere
radioaktive Quellen in Form von Alpha-Strahlern 44 vorgesehen. Die von ihnen erzeugten
Ionen leisten bei ruhender umgebender Luft praktisch keinen Beitrag zum Ionisationsstrom.
Bei bewegter Luft werden Ionen dagegen in den Bereich zwischen den Elektroden 10,
12 hineingetragen und verstärken den Ionisationsstrom. Auf Grund der Bauweise der
inneren Elektrode 10 mit zylindrischer Wandung 24 und der äußeren Elektrode 12 in
Becherform fließt im Falle bewegter Luft zusätzlich auch ein Teil des Ionisationsstroms
zwischen dem Außenumfang der.
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inneren Elektrode 10 und dem Innenumfang di zylindrischen Teils der
äußeren Elektrode 12, so dz das wirksame Ionisationskammervolumen erhöht ic Durch
diese sehr wirksame Erhöhung der Menge di zur Verfügung stehenden Ionen bei bewegter
Lu kann eine sonst auftretende Verringerung des lonis; tionsstroms vollkommen ausgeglichen
oder gewünsc] tenfalls überkompensiert werden.
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Abweichend von dem gezeigten Ausführungsbe spiel können radioaktive
Quellen auch ausschließlit im Bereich der Eintrittsöffnung 34 angeordnet sei: In
diesem Falle müssen die Strahler derart gegen über den Elektroden 10, 12 angeordnet
sein, daß d erzeugten Ionen bereits bei ruhender Luft zum Fli Ben eines Ionisationsstromes
beitragen.
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Weitere Ausführungsmöglichkeiten der Inne elektrode sind in den Fig.
2 bis 4 gezeigt. So kar an Stelle der Innenelektrode 10 gemäß F i g. 1 auc entsprechend
F i g. 2 eine Innenelektrode mit kuge abschnittförmiger oder ähnlicher Vertiefung
202 ve wendet werden, oder es kann gemäß Fig. 3 oder eine Innenelektrode 104 bzw.
106 mit einer kege förmigen Vertiefung 204 bzw. einer kegelstump förmigen Vertiefung
206 Verwendung finden.
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Die Maßnahmen gemäß der Erfindung sind m besonderem Vorteil bei solchen
Ionisations-Feue meldern anzuwenden, die sonst auf Grund gering Feldstärke und/oder
geringen Ionisationsstromes b sonders anfällig gegen starke Luftbewegungen sin