DE2516860A1 - Nach dem ionisationsprinzip arbeitender rauchfuehler - Google Patents
Nach dem ionisationsprinzip arbeitender rauchfuehlerInfo
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Description
2516860 Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch Patentanwälte
43 Essen 1,Theaterplatz 3, Postf.789
15. April I975
Patentanmeldung Hochiki Corporation No. 2-10-43 Kami Osaki
Shinagawa-ku Tokyo , Japan
Nach dem Ionisationsprinzip
arbeitender Rauchfühler.
arbeitender Rauchfühler.
Die Erfindung betrifft einen nach dem Ionisationsprinzip
arbeitenden Rauchfühler, bestehend im wesentlichen aus einem in einem Gehäuse mit Lufteinlässen angeordneten Elektrodenpaar
sowie einer zwischen beiden Elektroden angeordneten radioaktiven Strahlungsquelle, wobei Anordnungen vorgesehen sind, um die
Auswirkungen mit hoher Geschwindigkeit eindringender Luftströme
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auf den radioaktiven Stromfluß zu mildern. Bei derartigen Rauchfühlern
wird das Vorhandensein von Rauch in der Raumluft durch eine Veränderung der hohen Impedanz eines Elektrodenpaares infolge
einer entsprechenden Veränderung im Ionenstrom von einer radioaktiven Strahlenquelle aufgespürt und gemessen.
Derartige Rauchfühler sind in verschiedenen Ausführungen bekannt.
Als nachteilig bei den bisher bekannten Rauchfühlern hat sich herausgestellt, daß Betriebsstörungen oder falsche Meßergebnisse
entstehen können, welche von einer gelegentlichen Änderung der Impedanz herrühren, die einen anderen Grund als das Auftreten
von Rauch hat, wobei insbesondere die Taubildung innerhalb des Rauchfühlers oder auch das Eindringen eines vergleichsweise
starken Luftstromes in den Rauchfühler eine wichtige Rolle spielen.
Falsche Meßergebnisse infolge einer Störung des Ionenstromflusses
durch einen in den Rauchfühler eindringenden vergleichsweise starken Luftstrom werden beispielsweise in einem Rauchfühler
der in der USA-Ps j5 7^1 093 beschriebenen Ausbildung
verhindert. Der in dieser Patentschrift beschriebene Rauchfühler
besitzt eine doppelwandige Umhüllung mit in unterschiedlichen Höhen angeordneten Einlaßlöchern für den zu prüfenden Luftstrom.
Durch diese Anordnung wird die Geschwindigkeit des Luftstromes herabgesetzt, um eine Schwächung seiner Wirkungen auf den lonenstromfluß
zu erreichen. Die Taubildung läßt sich jedoch mit einer derartigen Konstruktion innerhalb des Rauchfühlers nicht verhindern
oder steuern, selbst wenn man geringe Abstriche in der
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Empfindlichkeit gegenüber Rauchfühlern hinnimmt, welche keinerlei Anordnungen zur Schwächung des Luftstromes aufweisen.
Während die Taubildung an der Oberfläche der radioaktiven Strahlenquelle
als Verursacher einer Veränderung des Ionenstromflusses
bereits als schwerwiegendes Problem erkannt wurde, wurden bisher hierfür noch keine zufriedenstellenden Lösungen angeboten, weil
anscheinend bisher übersehen wurde, daß letzten Endes auch Taubildungen ein Grund für Betriebsstörungen sind, welche infolge
des Eindringens eines gelegentlichen Luftstromes auftreten können. Eindeutig ist jedenfalls die Taubildung abhängig vom
Feuchtigkeitsgehalt des in den Rauchfühler eindringenden Luftstromes.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen Rauchfühler
der eingangs genannten Art in der Weise auszubilden, daß sich weder Taubildung innerhalb des Rauchfühlers noch das Eindringen
eines starken Luftstromes nachteilig auf die Meßergebnisse auswirken.
Ein diese Forderungen in vollem Umfange erfüllender erfindungsgemäßer
Rauchfühler ist im wesentlichen gekennzeichnet durch eine erste napfförmige Metallelektrode mit Lufteinlassen, eine
den Innenraum der ersten Elektrode in eine obere Kammer und eine untere Kammer unterteilende zweite Metallelektrode mit Luftdurchlässen,
eine von der zweiten Elektrode getragene radioaktive Strahlenquelle, welche in die untere Kammer strahlt, und
ein in der oberen Kammer angeordnetes Ablenk- und Wärmeentzugsorgan für den sie durchfließenden Luftstrom.
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Durch eine derartige Ausbildung eines Rauchfühlers wird der in die obere Kammer eintretende Luftstrom einmal abgelenkt, sodaß
seine Geschwindigkeit herabgesetzt wird, und zum anderen wird ihm durch das Ablenk- und Wärmeentzugsorgan Wärme entzogen,
sodaß der Rauchfühler bezw. seine Metallteile auf eine Temperatur aufgeheizt werden, welche der des einkommenden Luftstromes
naheliegt, sodaß einer Taubildung wirksam zuvorgekommen wird.
Weitere Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele
im Vergleich mit einigen bisher bekannten Rauchfühlern unter Bezugsnahme auf die beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch einen bekannten Rauchfühler gemäß dem US-Patent 3 751 093;
Figur 2 eine Seitenansicht dieses bekannten Rauchfühlers im Teilschnitt;
Figur 3 einen Längsschnitt durch einen Rauchfühler gemäß der Jap. Gbm-Anmeldung 9058/I97I;
Figur 4a einen Längsschnitt durch einen Rauchfühler gemäß der Jap. Gbm-Anmeldung 42549/1973;
Figur 4b das Unterteil des Rauchgasfühlers aus Figur 4a;
Figur 4c eine Draufsicht auf den im Unterteil dieses bekannten
Rauchfühlers angeordneten Ionenstromverteiler;
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Figur 5 einen Längsschnitt durch ein Grundbeispiel eines
erfindungsgemäßen Rauchfühlers;
Figur 6a eine Seitenansicht einer napfförraigen Außenelektrode
bei einem erfindungsgemäßen Rauchfühler;
Figur 6b eine Abwandlung von Figur 6a;
Figur 7 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 8a einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 8b eine perspektivische Darstellung einer Zwischenelektrode
in einem erfindungsgemäßen Rauchfühler;
Figur 8c eine Abwandlung von Figur 8b;
Figur 9a einen Längsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 9t> eine Zwischenelektrode aus dem Ausführungsbeispiel
gemäß Figur $a. in perspektivischer Darstellung;
Figur 10a bis 1Oe perspektivische Ansichten verschiedener Ausführungsbeispiele der zweiten Elektrode bei einem
erfindungsgemäßen Rauchfühler;
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Figur 11 ein Diagramm zur Darstellung der Auswirkungen relativ starker Luftströme auf den Ionenstrorafluß
in bisher bekannten Rauchfühlern;
Figur 12 ein Diagramm zur Darstellung der Empfindlichkeit
von Rauchfühlern mit und ohne Anordnungen zur Abschwächung des einkommenden Luftstromes;
Figur 13 ein Diagramm zur Darstellung der Auswirkungen
vergleichsweise starker Luftströme auf den Ionenstromfluß
in einem erfindungsgemäßen Rauchfühler;
Figur 14a eine Seitenansicht eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rauchfühlers im
Teilschnitt; und
Figur 14b und 14c Längsschnitte durch Abwandlungen des in
Figur 14a dargestellten Ausführungsbeispiels.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sollen zunächst anhand der Figuren 1 bis 3 und 4a bis 4c einige Ausführungsbeispiele
bisher bekannter Rauchfühler beschrieben werden, welche nach dem Ionisationsprinzip arbeiten.
Bei dem aus der US-PS 3 731 093 bekannten und in den Figuren
und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei radioaktive Strahlenquellen 1 beiderseits einer Innenelektrode 2 angeordnet,
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während sie von einer Außenelektrode 3 umgeben sind. Eine doppelwandige
Schutzkappe 4, 5 besitzt Einlaßfenster 6 bezw. 7 in
unterschiedlicher Höhe, wie dies insbesondere aus Figur 2 deutlich ersichtlich ist, sodaß durch die Einlaßschlitze 7 in den
Rauchfühler eindringende Luftströme auf die Wandung der inneren Schutzkappe 4 treffen und abgeleitet werden, bis sie durch die
Einlaßschlitze 6 in den Innenraum der inneren Schutzkappe 4 eintreten können. Auf diese Weise wird dem eintreffenden Luftstrom
ein derartiger Widerstand entgegengesetzt, daß seine Geschwindigkeit herabgesetzt und eine übermäßige Störung des
Ionenstromflusses verhindert wird. Durch derartige Anordnungen
zur Herabsetzung der Luftgeschwindigkeit kann jedoch vom Luftstrom
mitgeführte Feuchtigkeit nicht entfernt werden, sodaß sich innerhalb der inneren Schutzkappe 4 reichlich Feuchtigkeit absetzen
kann. Diese Taubildung findet zumeist an den Oberflächen von Metallteilen wie den Elektroden statt, welche die niedrigste
Temperatur unter den Bestandteilen des Rauchfühlers haben. Wenn die radioaktiven Strahlenquellen 1 ihrerseits ebenfalls in
Metallteilen eingebettet sind, so können auch deren Oberflächen mit Tau benetzt werden. Bei einer Feuchtigkeit von 50-60 % des
einströmenden Luftstromes schlägt sich sehr schnell Tau an den Metallteilen nieder, wenn die Temperatur dieser Metallteile um
etwa 20 K niedriger liegt als die des Luftstromes.
Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit des eintreffenden Luftstromes
von 7O-8O % ergibt bereits ein Temperaturunterschied
von etwa 10 K einen Tauniederschlag.
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Derartige Betriebsbedingungen herrschen jedoch sehr oft bei einem derartigen Rauehfühler, sodaß sich innerhalb desselben
sehr oft Tau, wenn auch nur in geringen Mengen, niederschlägt.
Im Inneren eines vollklimatisierten Gebäudes, bei welchem die Wärmehaltung des Gebäudes als Ganzes im allgemeinen größer ist
als die der Räumlichkeiten des Gebäudes herrscht beispielsweise die vorgenannte Temperaturdifferenz von 10 K bis 20 K zwischen
dem Luftstrom im Wohn- oder Betriebsraum und den Metallteilen
des Rauchfühlers stets dann, wenn die Klimaanlage anläuft oder stillgesetzt wird. Beim Heizen eines Raumes steigt die Raumtemperatur
schneller als die Temperatur des Gebäudes. Infolgedessen wird die Bedingung zur Taubildung erfüllt, wenn der Raum
von 0 K auf eine geeignete Raumtemperatur von etwa 20 K erwärmt wird. Beim Abkühlen des Raumes wird die Temperatur der Luftströme
im Raum schneller erhöht als die des Gebäudes beim Stillsetzen der Klimaanlage, sodaß auch hier wieder die Bedingung
für die Taubildung erfüllt wird.
Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Rauchfühlers gemäß
der Jap. Gbm-Anmeldung 9058/1971» bei welchem eine napfförmige
Außenelektrode 4a in einem Schutzgehäuse 5 angeordnet ist, sodaß beide Teile einen doppelwandigen Napf bilden. Auch hier sind in
unterschiedlichen Höhen Einlaßschlitze 6 bezw. 7 in den beiden Teilen 4a und 5 vorgesehen. Gegenüber der Außenelektrode 4a ist
außerdem eine napfförmige Innenelektrode 4b auf der anderen Seite einer isolierenden Grundplatte 21 angeordnet, während eine
Zwischenelektrode 2 in dieser Grundplatte befestigt ist und mit
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ihren beiden Enden einmal der Innenelektrode 4b und zum anderen der Außenelektrode 4a gegenüberliegt, sodaß zwei Elektrodenpaare
entstehen. Die Zwischenelektrode 2 trägt an ihren beiden Enden jeweils eine radioaktive Strahlenquelle 1.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines bekannten Rauchfühlers entsprechend der Jap. Gbm-Anmeldung 42549/1975 ist in den
Figuren 4a bis 4c dargestellt. Bei dieser Ausführung ist eine napfförmige Zwischenelektrode 2 innerhalb einer Außenelektrode
4a angeordnet, während eine Innenelektrode 4b in die Zwischenelektrode 2 hineinragt. An der Ober- und Unterseite des Bodens
der napfförmigen Zwischenelektrode 2 sind radioaktive Strahlenquellen
1 angeordnet, welche jeweils der Innenelektrode 4b bezw. der Außenelektrode 4a gegenüberliegen. Der durch die radioaktive
Strahlenquelle 1, welche der Außenelektrode 4a gegenüberliegt, erzeugte Ionenstromfluß wird durch einen dazwischenliegenden
Verteiler 8 verteilt, welcher aus mehreren radial angeordneten Platten besteht (Fig.4c). Die Außenelektrode 4a besitzt im
unteren Bereich Einlaßschlitze 6, welche dem Verteiler 8 gegenüberliegen. Bei dieser Konstruktion wird ein Luftstrom, welcher
beispielsweise von rechts in Figur 4b in den Rauchfühler einströmt, in einem Bereich 8b abgefangen, sodaß ein Teil des
Ionenstromflusses, welcher in diesem Bereich verteilt wird, gestört wird, während im restlichen Bereich 8a der Ionenstromfluß
im wesentlichen ohne Störung bleibt.
Wenn auch durch diese Konstruktion mögliche Störungen ausgeschlossen
oder vermindert werden können, welche von plötzlich auf-
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tretenden Luftströmen herrühren könnten, so ist bei dieser
Konstruktion als nachteilig anzusehen, daß nur ein Teil des gesamten Ionenstromflusses tatsächlich zum Aufspüren von Rauch
ausgenutzt wird. Infolgedessen wird die reguläre Empfindlichkeit des Gerätes herabgesetzt oder die Intensität der radioaktiven
Strahlung muß verstärkt werden. Da diese Anordnung der Aufteilung des zur Rauchaufspürung zur Verfügung stehenden Raumes
zu einer wesentlichen Empfindlichkeitsminderung führt, werden hauptsächlich die zuerst beschriebenen Anordnungen zur Schwächung
des einkommenden Luftstromes bevorzugt.
Ein Grundbeispiel eines erfindungsgemäßen Rauchfühlers, welcher
nach dem Ionisationsprinzip arbeitet, ist in Figur 5 dargestellt und kann auf die verschiedenste Weise abgewandelt werden,
um verschiedenen Betriebsbedingungen gerecht zu werden.
Das Erfindungsprinzip beruht auf einer Konstruktion, welche die wirksame Ausnutzung der Wärme eines eintreffenden Luftstromes
ermöglicht, welche sonst zu einer Taubildung führt, indem der Temperaturunterschied zwischen dem Luftstrom und den Hauptteilen
wie der Elektrode oder der radioaktiven Strahlungsquelle auf einen Wert reduziert wird, welcher ausreicht, um eine Taubildung
zu verhindern. Tatsächlich bildet sich an den Hauptteilen eines Rauchfühlers kein Tau, wenn deren Temperatur höher
ist als die des Luftstromes. In der Praxis läßt sich die wirksame Verminderung der Temperaturdifferenz auf einen die Taubildung
verhindernden Wert dadurch erreichen, daß die Wärme des Luftstromes an die Hauptteile des Rauchfühlers übertragen wird,
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wodurch die Temperatur des Luftstromes herabgesetzt und gleichzeitig
die Temperatur der Hauptteile so weit als möglich erhöht wird.
Bei dem in Figur 5 dargestellten Grundbeispiel besitzt der erfindungsgemMße
Rauchfühler eine napfförmige erste Elektrode 10 eines Elektrodenpaares, welche vorzugsweise die Außenelektrode
bildet. Der Innenraum dieser napfförmigen ersten Elektrode 10 ist durch eine zweite Elektrode 11, welche quer durch die napfförmige
erste Elektrode 10 hindurchgeht, in eine obere Kammer 10a und eine untere Kammer 10b unterteilt. Die erste Elektrode
10 besitzt in ihrer die obere Kammer 10a umgebenden Wandung im wesentlichen gleichmäßig verteilte Einlaßöffnungen oder Fenster
10c. Die zweite Elektrode 11 besitzt Einlaßöffnungen oder Löcher 11a. Die erste Elektrode 10 ist an ihrer Oberseite durch ein
Tragteil 12 verschlossen, welches einen Pol 12a aufweist, der zur zweiten Elektrode 11 hinweist. Durch diesen Pol 12a wird
ein in die obere Kammer 10a durch einige der öffnungen 10c eintretender
Luftstrom in eine Wirbelbewegung versetzt. Mit anderen
Worten, dieser Pol 12a bringt den in die obere Kammer 10a einströmenden Luftstrom dazu, längere Zeit in dieser oberen Kammer
zu verweilen. Dadurch kann die zweite Elektrode 11, welche aus Metall besteht, diesem Luftstrom Wärme entnehmen, sodaß ihre
Temperatur auf einen Wert ansteigt, welcher nahe dem Wert der Temperatur des Luftstromes liegt.
Gleichzeitig treten die durch den Pol 12a in Wirbelung versetzten Luftströme mit verminderter Strömungsgeschwindigkeit durch die
Einlaßöffnungen 11a in die untere Kammer 10b ein. Eine radio-
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aktive Strahlenquelle RI, die an der Spitze des Poles 12a oder an der querliegenden zweiten Elektrode 11 an einer der Polspitze
24l entsprechenden Stelle angeordnet ist und beispielsweise aus Am
oder anderen Isotopen besteht, ergibt einen Ionenstromfluß, der sich in der unteren Kammer 10b verteilt. Durch diese Konstruktion
wird der Ionenstromfluß durch die durch die Einlaßöffnungen
11a mit verminderter Strömungsgeschwindigkeit eintretenden Luftströme niemals so x^reit gestört, daß Betriebsstörungen oder Fehlanzeigen
des Rauchfühlers eintreten können. Es kann zumindest der Verlust an Ionen, die zur Außenseite des unteren Abschnittes
strömen, ausgeschaltet werden. In den Figuren 6a und 6b sind zwei Ausführungsbeispiele der napfförmigen ersten Elektrode 10
dargestellt, welche beispielsweise aus einem dünnen Metallblech tiefgezogen werden können. Wenn auch bei den dargestellten Beispielen
die öffnungen 10c oval sind und beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6a in einer Reihe und beim Ausführungsbeispiel gemäß
Figur 6b versetzt angeordnet sind, so lassen sich naturgemäß verschiedenste Formen und Anordnungen je nach Wahl treffen. Die
Fläche X für die Anordnung der Öffnungen 10c ist groß genug, um ausreichend Luft eintreten zu lassen, sodaß eine ausreichend
hohe Empfindlichkeit gewährleistet wird. In den Bereichen Yl und Y2 ist die erste Elektrode innenseitlich gegenüber der Außenseite
verkleidet. Dieser Rauchfühler wird in irgendwie geeigneter Weise an der Decke Ij5 eines Raumes befestigt, während die
zweite Elektrode 11 gegenüber der ersten Elektrode 10 durch einen Isolator 11b elektrisch isoliert ist.
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Das wesentliche Merkmal dieses Grundmodells besteht darin, daß dem einkommenden Luftstrom Wärme wirksam entzogen wird, während
er ungeordnet innerhalb der oberen Kammer 10a in direktem Kontakt mit den beiden Elektroden 10 und 11, welche aus Metall
bestehen, herumwirbelt, sodaß ein ausgezeichneter Wärmeentzug erzielt wird, wie er niemals bei den bisher bekannten Rauchfühlern
erwartet werden kann, die an der Außenseite einer der ersten Elektrode 10 entsprechenden Außenelektrode befindliche
Anordnungen aufweisen, um die Geschwindigkeit des eintreffenden Luftstromes herabzusetzen. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion
schlägt sich eventueller Tau an den Wandungen, welche die obere Kammer 10a umgeben, nieder, sodaß ein Luftstrom mit entsprechend
verminderter relativer Feuchtigkeit in die untere Kammer 10b eintritt. Da durch Wärmeleitung die Wandungen der unteren Kammer
10b, insbesondere die radioaktive Strahlenquelle RI, die mit der zweiten Elektrode in Kontakt liegt, auf eine erhöhte Temperatur
gebracht wurden, welche nahe der Temperatur des in die untere Kammer eintretenden Luftstromes liegt, läßt sich die Taubildung
in dieser Kammer wirksam verhindern. Während daher ein Tauniederschlag an den Wandungen der unteren Kammer lOb, d.h. der
eigentlichen Meßkammer, wirksam verhindert wird, gehören die Wandungen der oberen Kammer 10b, in welcher Tau entstehen kann,
zu einem Bereich, welcher für das Aufspüren von Rauch irrelevant ist, sodaß dieser Tau in der oberen Kammer keinerlei nachteiligen
Einfluß auf die einwandfreie Punktion des Rauchfühlers hat. Dieser Rauchfühler wird, wie dies allgemein üblich ist, njit einem
Element mit hohen Widerstand oder einer anderen geschlossenen Ionisationskammer mit vergleichsweise hoher Impedanz in Reihe
geschaltet, sodaß bei einer Veränderung der Impedanz der unteren
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Kammer beim Eindringen von Rauch ein Teil einer angelegten Spannung verändert wird, um einen entsprechenden Ausgang zu
erzeugen. In der Praxis wird beispielsweise eine Spannung von 17 V angelegt und eine Teilspannung von 7 V vorgegeben.
In den Figuren 7* 8a und 9& sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt, bei denen die vorgenannte geschlossene Ionisationskammer innerhalb der napfförmigen ersten Elektrode
angeordnet ist. Diese geschlossene Ionisationskammer wird von einer dritten Elektrode 14 begrenzt, welche mit der zweiten
Elektrode 11, welche vorzugsweise als Zwischenelektrode dient, gekuppelt ist, sodaß sie innerhalb der oberen Kammer 10 a angeordnet
ist, während eine innere Elektrode 15 innerhalb dieser geschlossenen Ionisationskammer eingesetzt ist. Da diese dritte
Elektrode 14 aus Metall besteht, besitzt sie eine hohe Wärmeaufnahmefähigkeit und kann auch zu einer starken Taubildung
beitragen, sodaß sie mithilft, die Taubildung in der unteren Kammer 10b zu verhindern.
Der bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 zwischen der ersten Elektrode 10 und der zweiten Elektrode 11 ausgebildete
Spalt 11a spielt die Rolle von Durchlaßöffnungen zur unteren Kammer 10b. Andererseits können diese Durchlaßöffnungen in der
zweiten Elektrode 11 auf verschiedene Weise ausgebildet und angeordnet werden, wie dies in den Figuren 8a, 8b, 9b und 10a
bis 1Oe dargestellt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8b besitzt die zweite Elektrode 11 auf einem Innenkreis
gleichmäßig verteilte kreisrunde Durchlaßöffnungen lla. Die
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Elektrode 11 gemäß Figur 8c besitzt am Rande Aussparungen 11a als Durchlaßöffnungen. Um außerdem den Luftstrom in der oberen
Kammer 10a wirksam ablenken und durcheinanderwirbeln zu können, ist bei den Ausfulirungsbeispielen gemäß Figur 9b und 1Oe die
Elektrode 11 am Rande hochgebördelt, wie dies mit dem Bezugszeichen lic angedeutet ist. Bei den Beispielen gemäß Figur 10a
bis 1Od sind neben den entsprechenden Durchlaßöffnungen 11a Leitbleche Hd in verschiedenen Ausführungen vorgesehen. Bei
einer senkrechten Anordnung dieser Leitbleche Hd zur Ebene der Durchlaßöffnungen Ha, wie dies in den Figuren 10a und 10c dargestellt
ist, werden die von außen eintreffenden Luftströme in die obere Kammer abgelenkt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Figur 1Od liegen diese Leitbleche Hd in einem spitzen Winkel zur Ebene ihrer zugeordneten Durchlaßöffnungen Ha, sodaß ein
Teil des in die obere Kammer 10a eindringenden Luftstromes in die untere Kammer 10b geführt wird. Infolgedessen können diese
Organe zur Erhöhung der Empfindlichkeit eines Rauchfühlers beitragen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 10b verschließen
die kuppeiförmigen Leitbleche Hd praktisch die ihnen zugeordneten Durchlaßöffnungen Ha auf der Seite des einkommenden
Luftstromes, während die gegenüberliegenden öffnungen Ha durch diese Leitbleche praktisch nicht verschlossen werden.
Dies bedeutet, daß ein durch die öffnungen Hc auf der einen Seite des Rauchfühlers eintretender Luftstrom gezwungen wird,
eine gewisse Zeitspanne in der oberen Kammer 10a zu verweilen, bevor er in die untere Kammer 10b abgeleitet wird.
Die in den Figuren 7> 8a und 9a dargestellten Ausführungsbeispiele
besitzen an der dem Innenraum 14a der dritten Elektrode
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l4, welche gegen das Eindringen von Luft abgedichtet ist, zugewandten
Seite der zweiten Elektrode 11 eine Halterung für eine radioaktive Strahlenquelle RI, welche in diese geschlossene
Ionisationskammer 14a strahlt, während eine zweite darunter
angeordnete radioaktive Strahlenquelle RI durch eine mittlere Bohrung He der zweiten Elektrode in die untere Kammer 10b des
Rauchfühlers strahlt.
Der hochgebördelte Rand Hc der zweiten Elektrode 11 gemäß
Figur 9b und Figur 1Oe kann die Einlaßöffnungen lOc in der
ersten Elektrode 10 für den Eintritt der Luft teilweise überlappen. Gleichfalls kann bei Elektroden 11 ohne Bördelrand, die
Kante gegenüber den Einlaßöffnungen 10c entsprechend gelegt werden. Dies ist deshalb möglich, weil die Grundkonstruktion
der Erfindung, welche eine Senkung des Temperaturunterschiedes zwischen dem einkommenden Luftstrom und den kälteren metallischen
Hauptteilen des Rauchfühlers auf einen Wert ermöglicht, welcher nicht mehr zur Taubildung ausreicht, den Luftstrom dazu
bringt, in der oberen Kammer, in welcher sich vorzugsweise Feuchtigkeit als Tau niederschlagen soll, für eine vergleichsweise
lange Zeitspanne zu verbleiben, während welcher Zeitspanne die Metallteile dem Luftstrom Wärme entziehen können.
Dadurch befinden sich die Metallteile, deren Temperatur der Temperatur des Luftstromes genähert wurde, in einem Zustand, in
welchem sie kaum vom thermischen Gesichtspunkt aus für eine Taubildung geeignet sind. Selbst wenn daher ein Teil des einkommenden
Luftstromes direkt in die untere Kammer 10b, in welcher der Ionenstromfluß verteilt wird, einströmt, läßt sich die Taubildung
in dieser Kammer ohne weiteres verhindern, da diese
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direkt einströmende Luft mit Luft vermischt wird, welche in der
oberen Kammer entfeuchtet wurde. Der Anteil der direkt in die untere Kammer 10b einströmenden Luft kann entsprechend dem
relativen Feuchtigkeitsgehalt der Luft verändert werden, welcher im allgemeinen bei dem Klima und den im jeweiligen Lande herrschenden
Wetterbedingungen zu erwarten ist.
Figur 11 zeigt in einer Grafik die Veränderungen der Impedanz zwischen einem Elektrodenpaar eines bekannten Rauchfühlers mit
einer offenen Ionisationskammer entsprechend der unteren Kammer 10b, Vielehe Einlaßschlitze für die einkommende Luft aufweist,
wodurch der Ionenstromfluß direkt beeinträchtigt wird, wobei die Veränderungen durch die entsprechenden Störungen des Ionenstromflusses
hervorgerufen werden. Demgegenüber zeigt Figur 1 j5 den
typischen Verlauf von Impedanzveränderungen infolge entsprechender
Auswirkungen von Luftströmen bei einem erfindungsgemäßen Rauchfühler. In diesen Figuren ist die Impedanz in Volt als
Teil einer Spannung zwischen dem Elektrodenpaar angegeben. Wie Figur 11 zeigt, wird bei den bisher üblichen Rauchfühlern mit
offener Ionisationskammer ohne Schutz gegenüber dem Eindringen direkter Luftströme der Ionenstromfluß bei Luftgeschwindigkeiten
über 3 m/sec beträchtlich gestört. Demgegenüber ist aus Figur 1J>
ersichtlich, daß bei dem erfindungsgemäßen Rauchfühler die Störung des Ionenstromflusses wirksam unterdrückt werden kann,
sodaß gelegentliehe Änderungen der Spannung wirksam ausgeschlossen
werden. Wie die Kurvenscharen dieser Figuren zeigen, ist die Impedanzveränderung unterschiedlich und hängt jeweils von
dem einkommenden Luftstrom ab, selbst wenn die verschiedenen Luftströme mit gleicher Geschwindigkeit eintreffen.
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Figur 12 zeigt drei Kurven der Ansprechzeit bei zwei bekannten Ausbildungen eines Rauchfühlers und bei einem erfindungsgemäßen
Rauchfühler. Den diesen Kurven zugrundeliegenden Versuchen liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein bei einem Feuer entstehender
Luftstrom meistens eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 25 cm/ see hat, und es wurde die Ansprechzeit der verschiedenen Rauchfühler
vom Eintreffen des Rauches an den Einlaßöffnungen des Rauchfühlers bis zur Abgabe eines entsprechenden Alarmsignals
getestet, wobei der.den Rauch mit sich führende Luftstrom wie bei einem Feuer erzeugt wurde und mit verschiedenen Geschwindigkeiten
den Rauchfühlern zugeleitet wurde.
Der eingangs erläuterte bekannte Rauchfühler mit einer offenen Ionisationskammer entsprechend der unteren Kammer 10b mit
Einlaßöffnungen für die einkommende Luft, durch welche diese direkt in den Raum zwischen dem Elektrodenpaar einströmen
konnte, hatte eine im wesentlichen gleichmäßige Ansprechzeit von 5 see bei Luftströmen mit einer Geschwindigkeit von 5 cm/sec
bis zu 25 cm/sec, wie dies in der unteren Kurve der Figur 12
dargestellt ist. Dies bedeutet, daß ein derartiger Rauchfühler auch bei leichten Luftströmungen hochempfindlich ist.
Bei dem Rauchfühler gemäß der USA-Ps 5 7Jl 093, bei welchem
vergleichsweise starken Luftströmungen ein Widerstand entgegengesetzt wird, ist die Ansprechzeit bei leichten Luftströmungen
von etwa 5 cm/sec bis 25 cm/sec wesentlich langer als bei dem vorbeschriebenen Beispiel, wie dies die obere Kurve der Figur
12 zeigt.
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Die Ansprechempfindlichkeit eines erfindungsgemäßen Rauchfühlers
zeigt die mittlere Kurve. Wenn auch bei diesem erfindungsgemäßen
Rauchfühler bei sehr leichten Luftströmungen unter 20 cm/sec die Ansprechzeit vergleichsweise groß ist wie im vorgenannten bekannten
Rauchfühler mit Dämpfungsorganen für den einkommenden Luftstrom,
so läßt sich bei diesem erfindungsgemäßen Rauchfühler
bei Luftströmungen mit Geschwindigkeiten über 25 cm/sec entsprechend der Luftgeschwindigkeit bei Bränden doch praktisch
die gleiche Ansprechzeit erreichen, wie bei einem Rauchfühler ohne jegliche Dämpfungsorgane iür den einkommenden Luftstrom.
Es darf darauf hingewiesen werden, daß diese Kurven die Resultate von Versuchen darstellen, bei denen die Beziehungen zwischen
der Ansprechzeit und der Strömungsgeschwindigkeit der I Luft geprüft wurde, wobei die Rauchkonzentration des Luftstromes
sehr niedrig gehalten wurde und etwa 15 % betrug. Selbstverständlich
ergeben sich bei allen derartigen Rauchfühlern kürzere Ansprechzeiten, wenn die Rauchkonzentration in der Luft dem
Wert bei Ausbruch eines Feuers entspricht.
Figur l4a zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welcher die zweite und die dritte Elektrode 11 bezw. 14
miteinander verbunden sind und zusammen in einer napfförmigen ersten Elektrode 10 untergebracht sind, wobei die dritte Elektrode,
welche napfförmig ausgebildet ist, die geschlossene Ionisationskammer bildet. Außerdem ist eine Schutzkappe 16 vorgesehen,
welche die erste Elektrode 10 abdeckt, da diese unter einer Spannung von einigen Volt steht. Diese Schutzkappe 16
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besitzt Einlaßöffnungen l6a, welche entsprechende Einlaßöffnungen 10c in der ersten Elektrode 10 im wesentlichen überlappen,
wobei an jeder dieser Einlaßöffnungen 16a ein Insektenschutznetz
17 vorgesehen ist. Diese Einlaßöffnungen sind gegenüber den Öffnungen 16c reichlich groß ausgebildet, um eine unnötige
Erhöhung des Strömungswiderstandes zu vermeiden.
Eine weitere Abwandlung der Erfindung ist in Figur l4b dargestellt,
bei welcher eine Grundplatte aus Isoliermaterial einen nach unten weisenden zylindrischen Ansatz 14' aus dem gleichen
Material aufweist. In einem Zwischenbereich dieses zylindrischen Ansatzes 14' ist eine zweite Elektrode 11 in Form einer Platte
angeordnet,"während ein Metallblech 110 an der Unterkante des j zylindrischen Ansatzes 14' befestigt ist. Diese Metallplatte 110 \
teilt den Innenraum der näpfförmigen ersten Elektrode 10 in eine
obere Kammer lOa und eine untere Kammer 10b, wobei Verbindungs- j öffnungen 11a in der Platte zwischen beiden Kammern vorgesehen
sind. Im oberen Teil des Innenraumes des zylindrischen Ansatzes 14 ist über der zweiten Elektrode 11 eine vierte Elektrode 15
angeordnet, welche ebenso wie das Querblech 110 eine radioaktive Strahlenquelle RI trägt.
Durch einen Teil der öffnungen 10c in die obere Kammer 10a in
der ersten Elektrode 10 eintretende Luftströme fließen hauptsächlich
in den Raum zwischen der zweiten Elektrode 11 und dem Querblech 110 rund herum, während sie Feuchtigkeit als Tau und
Wärme an das Querblech 110 abgeben, sodaß die Temperatur der entsprechenden radioaktiven Strahlenquelle RI nahe der der
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Luftströme liegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die erste Elektrode 10 als Außenelektrode, die zweite Elektrode 11 als
Zwischenelektrode und die vierte Elektrode 15 als Innenelektrode
verwendet, sodaß zwei Paare einander gegenüberliegender Elektroden gebildet werden. Über Anschlußklemmen E sind die Innenelektrode
15 bezw. die Außenelektrode 10 an eine geeignete Spannungsquelle angeschlossen. Selbstverständlich sind auch
andere Kombinationen der Elektroden möglich, um die gewünschten einander gegenüberliegenden Elektrodenpaare zu bilden. Bei
diesem Ausführungsbeispiel besitzt die Bodenwandung der unteren Kammer 10b auf einem Umkreis angeordnete Testlöcher oder Öffnungen
1Od, welche durch Hochbiegen von Lappen 1Oe ausgebildet sind, wobei auch die Schutzkappe l6 entsprechende Testlöcher Iod
aufweist. Diese Anordnung ist auch bei der Ausbildung nach Figur 9a vorgesehen. Diese Testlöcher dienen zur periodischen
Überprüfung der Leistung des eingebauten Rauchfühlers. Durch
diese Testlöcher eindringende Luft kann praktisch ignoriert werden, da selbst, wenn Luft durch sie eindringt, dies nur in
geringen Mengen geschieht, wobei eine Taubildung, welche die Leistungsfähigkeit der unteren Kammer 10b beeinträchtigen könnte,
umsomehr verhindert wird, als sich in dieser Kammer bereits Luft mit relativ geringer Feuchtigkeit befindet und die hauptsächlichen
Metallteile auf einer entsprechenden Temperatur gehalten werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 14c dargestellt, welches zwei ebene zweite Elektroden 11 und II1
besitzt. Hierbei sind die eine Elektrode II1, das Querblech
und die andere Elektrode 11 in dieser Reihenfolge in dem iso-
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lierenden zylindrischen Ansatz l4' der ebenfalls aus Isoliermaterial
bestehenden Grundplatte i2 angeordnet. Diese drei Organe sind durch den zylindrischen Ansatz 14' elektrisch voneinander
isoliert. Eine vierte Elektrode 15, welche der einen Elektrode
11' gegenüberliegt, trägt eine radioaktive Strahlenquelle RI
und bildet mit der Elektrode 11' ein Elektrodenpaar, während
eine zweite radioaktive Strahlenquelle RI auf dem Querblech angeordnet ist, welches den Innenraum der ersten Elektrode
in eine obere Kammer 10a und eine untere Kammer 10b trägt* Durch diese Anordnung kann sich infolge der vom einkommenden Luftstrom
mitgeführten Feuchtigkeit an dem Querblech 110 Tau bilden, sodaß die Möglichkeit einer Taubildung an der zweiten Elektrode 11,
xtfelche unter dem Querblech angeordnet ist, herabgesetzt werden kann. Das Querblech 110 besitzt Öffnungen verschiedener Art,
durch welche der Luftstrom in die untere Kammer 10b eindringen kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind hierfür
einzelne Löcher vorgesehen.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist an der zweiten Elektrode oder dem Querblech, welches die innerhalb
der napfförmigen ersten Elektrode begrenzte obere Kammer bildet,
zu v/elcher die Luft direkt Zutritt hat, infolge der thermischen Leitfähigkeit eine Taubildung vorzugsweise an den Wandungen
dieser oberen Kammer möglich. So ermöglicht beispielsweise Aluminium als guter Wärmeleiter mit einer Wärmeleitfähigkeit
von 2,38 Joul/cm · see · k, wobei k die Temperaturdifferenz
bedeutet, die Bildung von reichlich Tau im Vergleich zu rostfreiem Stahl, welches ein etwas schlechterer Wärmeleiter ist mit
einer Wärmeleitfähigkeit von 0,151 Joul/cm · see · k. Wenn
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andererseits Kunstharze, beispielsweise Polyäthylen mit einer Leitfähigkeit von 2,5 bis 5*3 · 10"·^ Joul/cm · see · k, also
schlechte Wärmeleiter für die Querplatte verwendet werden, so schlägt sich an diesem Kunstharzteil kein Tau nieder, sondern
an den Oberflächen der anderen Bestandteile, welche aus Metall bestehen. Vor allem die Oberfläche der radioaktiven Strahlenquelle
bildet eine Störungsquelle bezüglich eines starken Impedanzwechsels bei Niederschlag von Tau. Um einen Tauniederschlag
an dieser Fläche zu vermeiden, können normale Metalle, welche allgemein als gute Wärmeleiter bekannt sind, verwendet
werden. Mit anderen Worten, ein Werkstoff, welcher dem Luftstrom Wärme entziehen und die Wärme direkt an die radioaktive.. Strahlenquelle
übertragen kann, kann auch dazu herangezogen werden, eine Taubildung an seiner Oberfläche zuzulassen, wobei der
Temperaturunterschied zwischen der Temperatur des Luftstromes
und der der radioaktiven Strahlenquelle wirkungsvoll sehr klein gemacht wird, um beide Temperaturen so weit wie möglich einander
zu nähern und einen Zustand auszuschalten, bei welchem eine Taubildung möglich ist.
Diese Wirkung läßt sich selbst unter sehr harten Betriebsbedingungen
nachweisen, wie nachstehende Tabelle zeigt. Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, daß eine Taubildung an der Fläche in
der Nachbarschaft der radioaktiven Strahlenquelle selbst dann unterdrückt werden kann, wenn Luftströme mit hoher Feuchtigkeit
in zwei Rauchfühler eintreten, bei denen einmal für die zweite Elektrode oder das Querblech Aluminium und das andere Mal rostfreier
Stahl verwendet wurde.
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| Material | Aluminium | Rostfreier Stahl |
| Temperatur des Rauchfühlers |
00C | 200C |
| Luftstrom | 4o°C, 95$ rel. Feuchtigkeit |
2K)0C, 95$ rel. Feuchtigkeit |
| Wandungen der oberen Kammer |
Reichlich Taubildung |
Be trächtliehe Taubildung |
| Nahe der radio aktiven Strahlen quelle |
Keine Taubildung |
Keine Taubildung |
| Wandungen der unteren Kammer |
Keine Taubildung |
Schwache Taubildung |
Während die bevorzugte Taubildung wirkungsvoll in der oberen Kammer innerhalb der ersten Elektrode erreicht werden kann,
kann der entstehende Tau sofort verdampft werden, sodaß kein spezieller Verdampfer beim Einsatz eines derartigen Rauchfühlers
in einem üblichen Raum benötigt wird. Der erfindungsgemäße Rauchfühler eignet sich vor allem zum Einbau an einer Stelle in der
Nähe von Küchen und Baderäumen, in denen oft sehr feuchte Luftströme
entstehen. Beim Einsatz an derartigen Stellen kann ein derartiger erfindungsgemäßer Rauchfühler als zuverlässiger Brandwächter
eingesetzt werden, ohne daß Betriebsstörungen zu befürchten sind, wie dies oft bei den bisher üblichen Rauchfühlern
der Fall ist.
509844/0802
Claims (1)
- Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen- 25 -Patentansprüche :ί lJ Nach dem Ionisationsprinzip arbeitender Rauchfühler, bestehend im wesentlichen aus einen in einem Gehäuse mit Lufteinlässen angeordneten Elektrodenpaar sowie einer zwischen beiden Elektroden angeordneten radioaktiven Strahlungsquelle, wobei Anordnungen vorgesehen sind, um die Auswirkungen mit hoher Geschwindigkeit eindringender Luftströme auf den radioaktiven Stromfluß zu mildern, gekennzeichnet durch eine erste napfförmige Metallelektrode (10) mit Lufteinlässen (10c), eine den Innenraum der ersten Elektrode in eine obere Kammer (10a) und eine untere Kammer (10b) unterteilende zweite Metallelektrode (11) mit Luftdurchlässen (lla), eine von der zweiten Elektrode getragene radioaktive Strahlenquelle (Rl), welche in die untere Kammer strahlt, und ein in der oberen Kammer angeordnetes Ablenk- und Wärmeentzugsorgan (12a) für den sie durchfließenden Luftstrom.2. Rauchfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kammer (10a) von der unteren Kammer (10b) durch ein Querblech (HO) mit guter Wärmeleitfähigkeit getrennt wird, welches innerhalb der ersten Elektrode (10) angeordnet ist und die radioaktive Strahlungsquelle (RI) trägt, während die zweite Elektrode (11) sich über eine Isolierung (14') auf dem Querblech abstützt, welches Durchlaßöffnungen (Ha) für die Luft von der oberen in die untere Kammer aufweist.5098U/0802Andrejewslci, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen- 26 -^. Rauchfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der oberen Kammer (10a) angeordnete und eine geschlossene Ionisationskammer (14a) bildende dritte Elektrode (14) vorgesehen ist und die zweite Elektrode (11) mit dieser dritten Elektrode verbunden ist und sich quer in der ersten Elektrode (10) erstreckt.4. Rauchfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßdie zweite Elektrode (11) einen hochgebördelten Rand (lic) zwecks besserer Durchwirbelung der eintretenden Luft aufweist.5. Rauchfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (11) neben ihren Durchlaßoffnungen (Ha) Leitbleche (Hd) aufweist.6. Rauchfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Querblech (HO) einen hochgebogenen Rand oder entsprechende Leitbleche aufweist.50 9 844/0802Leerseite
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Ipc: G01N 27/66 |
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| D2 | Grant after examination | ||
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