DE2849697A1

DE2849697A1 - Rauchdetektor

Info

Publication number: DE2849697A1
Application number: DE19782849697
Authority: DE
Inventors: Juerg Dipl Phys Muggli; Erwin Tresch
Original assignee: Cerberus AG
Current assignee: Cerberus AG
Priority date: 1977-11-21
Filing date: 1978-11-16
Publication date: 1979-05-23
Also published as: US4241282A; GB1572885A; CH621640A5; FR2409559A1; JPS54105899A; JPS5852269B2; FR2409559B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Rauchdetektor mit einer Strahlungsquelle, welche Strahlung in einen bestimmten Raumbereich aussendet und einem Strahlungsempfänger, der ausserhalb des direkten Strahlungsbereiches angeordnet ist, und dem die an Partikeln im Strahlungsweg gestreute Strahlung zugeführt wird, wobei die Strahlungsquelle eine kegelringförmige Strahlungscharakteristik besitzt und der Strahlungsempfänger in der Kegelachse angeordnet ist, nach Patentanmeldung P 26 19 082.9.

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Bei solchen Rauchdetektoren, wie sie beispielsweise in der Brandmeldetechnik Verwendung finden, kann die Strahlung je nach Art der nachzuweisenden Rauchpartikel im sichtbaren infraroten oder ultravioletten Wellenlängenbereich gewählt werden. Der Raumwinkelbereich der ausgesandten Strahlung und die Anordnung des Strahlungsempfängers werden zweckmässigerweise so gewählt, dass sich ein möglichst guter Wirkungsgrad ergibt, d.h. dass der Empfänger bereits bei geringer Rauchdichte eine möglichst grosse Streustrahlungsmenge aufzunehmen vermag.

Solche Rauchdetektoren haben jedoch den Nachteil, dass ihre Empfindlichkeit mit steigender Temperatur nachlässt. Diese Erscheinung ist hauptsächlich durch Eigenschaftsänderungen der verwendeten Komponenten bei einer Temperaturerhöhung bedingt, insbesondere durch die Abnahme der Empfindlichkeit üblicher Strahlungsempfänger oberhalb einer bestimmten zulässigen Höchsttemperatur und durch die Abnahme der Strahlungsleistung üblicher Halbleiter-Lichtquellen mit steigender Temperatur. In Figur 2 ist anhand von Kurve A diese Abnahme der Rauchempfindlichkeit eines vorbekannten Rauchdetektors mit der Temperatur T dargestellt. Die Ordinate d stellt dabei diejenige -Rauchkonzentration -dar, _t bei welcher -dieser Rauchdetektor ein Signal abgibt. Man erkennt, dass die zur Signalgabe erforderliche Rauchdichte d bereits knapp oberhalb von 30⁰C ansteigt, d.h. der Rauchdetektor unempfindlicher wird.

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In der Praxis führt dies dazu, dass bei einem Brand mit schnellem Temperaturanstieg ein solcher Rauchdetektor erst verspätet oder überhaupt nicht anspricht. Um trotzdem eine Alarmsignalgabe sicherzustellen, ist es bekannt, im Rauchdetektor einen zusätzlichen Temperatürkontakt vorzusehen. Aus der ÜS-PS 3 430 220 ist bekannt, ^bei einem Rauchdetektor zur Signalgabe bei Ueberschreitung einer bestimmten Maximaltemperatur einen Bimetallstreifen zu verwenden. Auf diese Weise kann zwar erreicht werden, dass bei einer vorgegebenen kritischen Temperatur, z.B. bei 70 C ein Signal gegeben wird, jedoch wird die langsame Empfindlichkeitsabnahme solcher Rauchdetektoren, welche bereits knapp oberhalb der Raumtemperatur, also schon weit unterhalb der kritischen Maximaltemperatur beginnt, keineswegs beseitigt.

Es ist auch bereits bekannt geworden, die elektrische Schaltung durch Verwendung temperaturempfindlicher Elemente, z.B. von Thermistoren, so auszubilden, dass der Schwellenwert für die Ausgangsspannung des Strahlungsempfängers, bei welchem ein Signal ausgelöst wird, mit steigender Temperatur herabgesetzt wird. Eine solche Auswerteschaltung erfordert jedoch eine erhöhte Zahl von Komponenten und ist entsprechend aufwendig und störanfällig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile vorbekannter Rauchdetektoren zu vermeiden und den eingangs erwähnten Rauchdetektor so weiterzubilden, dass die

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Empfindlichkeitsabnahme bei Temperaturanstieg auf einfache und sichere Weise und ohne die Notwendigkeit einer Komplizierung der Auswerteschaltung vermieden wird.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Bimetallelement vorgesehen ist, welches so ausgebildet und angeordnet ist, dass es sich bei einer Temperaturerhöhung allmählich in einen Bruchteil des Strahlungskegels hineinbewegt und dabei durch Strahlungsreflexion und/oder -streuung an seiner Oberfläche die Bestrahlung des Strahlungsempfängers in Abhängigkeit von der Temperatur graduell erhöht.

Statt einer Aenderung der elektrischen Schaltung mit den erwähnten Nachteilen wird also hier die Vorbestrahlung des Strahlungsempfängers in Abhängigkeit von der Temperaturerhöhung erhöht, d.h. dass bei erhöhter Temperatur eine geringere Rauchdichte oder Streustrahlungs-Intensität ausreicht, ein Alarmsignal auszulösen. Dabei kann die Abhängigkeit der Vorbestrahlung von der Temperatur durch geeignete Wahl und Anordnung des Bimetallelementes beispielsweise so gesteuert werden, dass die Rauchempfindlichkeit des gesamten Rauchdetektors etwa bis zu einer kritischen Temperatur, die beispielsweise in der Umgebung von 70°C gewählt werden kann, nahezu konstant bleibt und bei üeberschreitung dieser kritischen Temperatur sofort ein Alarmsignal ausgelöst wird (Kurve B in Figur 2). Stattdessen kann es jedoch auch zweckmässig sein, die Vorbestrahlung des Strahlungsempfängers so zu steuern, dass die Empfindlichkeit

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bei steigender Temperatur graduell zunimmt. Ein solcher Rauchdetektor spricht also bei höherer Temperatur schneller an, als bei niedrigerer Temperatur. Hierdurch wird eine möglichst frühzeitige. Alarmgabe bei einem Gefahrenzustand gewährleistet.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren wiedergegebenen Ausführungsbeispiele erläutert.

Figur 1 zeigt ein erstes Beispiel eines erfindungsgemässen Rauchdetektors.

Anhand der in Figur 2 wiedergegebenen Empfindlichkeitsänderung verschiedener Rauchdetektoren mit der Temperatur wird die Wirkungsweise eines erfindungsgemässen Rauchdetektors erläutert-

Figur 3 zeigt ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemässen Rauchdetektors.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Messvolumen 1 von einem rohrförmigen Gehäuse 2 umschlossen, welches an beiden Enden durch Basisplatten 3 und 4 derart abgeschlossen wird, dass zwischen Gehäuse 2 und diesen Basisplatten 3 und 4 ringförmige Eintrittsöffnungen 5 zum Eintritt der Umgebungsluft in das Messvolumen 1 entstehen. Dabei kön-

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nen hinter den Eintrittsöffnungen Schikanen 6 angeordnet sein, um den Eintritt direkten Lichtes von aussen zu verhindern. Auf der Basisplatte 3 ist ein Trägerelement 7 für die Strahlungsquelle 8 angebracht. Diese kann zwar im 'Prinzip beliebig ausgeführt sein, z.B. als Glühlampe oder als Entladungslampe, jedoch ist es besonders zweckmässig, Strahlungsquellen mit kleinen Abmessungen zu wählen, deren Strahlung sich leicht bündeln lässt, bzw. solche, welche bereits Strahlung in bevorzugten Richtungen emittieren. Daher haben sich lichtemittierende Halbleiter, z.B. LASER-Dioden, als besonders geeignet erwiesen. Für Rauchdetektoren, die zur Brandmeldung Verwendung finden, können z.B. Galliumarseniddioden benützt werden. Durch optische Mittel 9 wird die ausgesandte Strahlung in den gewünschten Raumwinkelbereich gelenkt. Im dargestellten Beispiel wird durch eine geeignete Optik 9 und durch Abschirmblenden 13 und 41 erreicht, dass der Strahlungsbereich der Strahlungsquelle die Form eines Kegelringes 10 oder Kegelmantels um die Geräteachse erhält.

Auf der entgegengesetzten Basisplatte 4 ist ein weiteres Trägerelement 11 für den Strahlungsempfänger 12 angebracht. Der Empfänger 12 befindet sich in der Geräteachse, sodass er von direkter Strahlung der Strahlungsquelle 8 praktisch nicht getroffen wird, jedoch aus einer kegelförmigen Zone aus an Partikeln in der Messkammer 1 vorwärtsgestreute Strahlung erhält. Hierdurch wird mit einem einzigen Strahlungsempfänger ein grösserer Streubereich erfasst, als dies bei anderen Rauch-

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detektoren möglich war, und zwar gerade derjenige Raumwinkelbereich, in welchem die Streustrahlung eine besonders grosse Intensität besitzt. Ein solcher Rauchdetektor weist also eine erhöhte Empfindlichkeit auf.

In einem Hohlraum 15 des Trägerelementes 11 ist die Steuer- und Auswerteschaltung für die Strahlungsquelle 8 und den Strahlungsempfänger 12 angeordnet. Diese kann im Prinzip in beliebiger, bekannter Form ausgeführt sein, ohne dass zur Anwendung der Erfindung Aenderungen erforderlich sind. Beispielsweise kann eine bekannte Koinzidenzschaltung von Strahlungsquelle 8 und Strahlungsempfänger 12 vorgesehen sein. Die Schaltung ist weiterhin mit Kontakten 16 an der Aussenseite der Basisplatte 4 verbunden, an welche zu einer Signalzentrale führende Leitungen angeschlossen werden können, an die ein Signal gegeben werden kann, sobald die Rauchdichte in der Messkammer einen bestimmten Wert überschreitet.

An einem Teil der Gehäusewand 2 ist ausserhalb des Strahlungsbereiches 10 ein Bimetallstreifen 20 vorgesehen und zwar so, dass er bei normaler Raumtemperatur ganz ausserhalb des Strahlungsbereiches 10 liegt. Bei einer Temperaturerhöhung verbiegt sich der Bimetallstreifen 20 jedoch so,dass sein freies Ende in den Strahlungsbereich 10 gerät. Durch Reflexion und/oder Streuung am Streifenende 21 erhält dabei der Strahlungsempfänger 12 eine zusätzliche Bestrahlung. Durch geeignete Wahl der Strahlungsverteilung im Strahlungsbereich 10 und der Bewegung

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des Bimetallstreifens 20 bei Temperaturerhöhung wird dabei erreicht, dass diese zusätzliche Bestrahlung des Strahlungsempfängers 12 allmählich mit steigender Temperatur zunimmt.

In Figur 2 ist die Abhängigkeit der für die Signalgabe erforderlichen Rauchdichte d von der Temperatur T für verschiedene Rauchdetektoren dargestellt. Kurve A entspricht einem vorbekannten Rauchdetektor ohne zusätzliches Bimetallelement. Man erkennt, dass die für die Signalgabe erforderliche Rauchdichte d bereits knapp oberhalb der Raumtemperatur stark ansteigt, d.h. dass die Rauchempfindlichkeit entsprechend stark abnimmt. Durch geeignete Wahl und Anbringung des Bimetallstreifens 20 im Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Figur 1 kann jedoch erreicht werden, dass der Rauchdetektor eine Charakteristik entsprechend Kurve B annimmt, bei welcher die Rauchempfindlichkeit zwischen der Raumtemperatur und einer erhöhten kritischen Temperatur, z.B. 7C C, nahezu konstant bleibt und bei Ueberschreitung dieser kritischen Temperatur auf Null absinkt, d.h. dass in diesem Fall sofort auch ohne Vorhandensein von Rauch ein Alarmsignal gegeben wird. Auf diese Weise wird die Empfindlichkeitsabnahme eines solchen Rauchdetektors mit steigender Temperatur nahezu vollständig kompensiert und zwar bis zu einer kritischen Temperaturgrenze, bei welcher ohnehin ein Alarmsignal gegeben werden muss. Es ist auch möglich, durch geeignete Wahl und Anordnung des Bimetallstreifens 20 eine üeberkompensation zu erzielen, wie sie in Kurve C dargestellt ist.

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Dabei steigt die Empfindlichkeit bei steigender Temperatur an, so dass bei erhöhter Temperatur bereits bei einer geringerer Rauchdichte ein Alarmsignal ausgelöst wird.

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, welches sich durch besonders einfache Konstruktion und entsprechend leichte und wenig aufwendige Montierbarkeit auszeichnet. Dabei dient Sockelteil 30, an dessen Oberseite Kontakte 32, die beispielsweise als Bajonettverriegelungen ausgebildet sein können, vorgesehen sind zum Anschluss des Rauchdetektors an Signalleitungen, welche zu einer Signalzentrale führen. In Hohlräumen 31 sind Komponenten einer elektrischen Steuer- und Auswerteschaltung bekannter Art vergossen eingebettet. In eine zentrale Bp.hrung des Sockelteiles 30 ist ein in der Mitte topfförmiges am Rand scheibenförmiges Teil 33 eingesetzt, welches im Zentrum die Strahlungsquelle 8 mit der zugehörigen Optik, d.h. beispielsweise einem Reflektor 34 und einer Linsenfläche 35 enthält. Diese Optik kann beispielsweise so ausgeführt sein, dass eine kegelringförmige oder kegelmantelförmige Strahlungscharakteristik entsteht.

Auf dem scheibenförmigen Rand dieses topfförmigen Teiles 33 ist ein haubenförmiges Teil 36 aufgesetzt. Das topfförmige Teil 33 und das haubenf örmige Teil 36 umschliessen das Messvolumen 1. Zum Eintritt der Umgebungsluft in das Messvolumen 1 sind im haubenförmigen Teil 36 einige Oeffungen 38 vorgesehen. Auf der Innenseite im Zentrum ist auf diesem Teil 36

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ein transparenter Körper 37 angebracht, welcher den Strahlungsempfänger 12 derart umschliesst, dass aus dem ganzen Halbraum Streustrahlung auf den Strahlungsempfänger 12 auftreffen kann. Im Zentrum des Kunststoffteiles 37 ist ein stiftförmiges Gebilde 41 eingelassen, welches mehrere Blenden 42 zur Abschirmung der direkten Strahlung vom Strahlungsempfänger trägt. Das freie Ende dieses Stiftes 41 drückt in die Vertiefung der Rotationsfläche 35 der Strahlungsquelle und fixiert somit die einzelnen Teile gegeneinander.

Auf dem gesamten Aufbau ist ein Gehäuse 39 aufgesetzt, in welchem Oeffnungen 5 zum Eintritt der Luft in das Innere vorgesehen sind. Diese Oeffnungen 5 im Gehäuse 39 sind gegenüber den Oeffnungen 38 im haubenförmigen Teil 36 soweit versetzt, dass von aussen kein direktes Licht in das Messvolumen 1 eindringen kann, dass jedoch die Aussenluft nach Durchströmung des Zwischenraumes zwischen Gehäuse 39 und haubenförmigem Teil 36 durch die Oeffnungen 38 in das Messvolumen 1 eintreten kann. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Bimetallstreifen vorgesehen, welcher am scheibenförmigen Teil 33 so befestigt ist, dass er bei Normaltemperatur ausserhalb des Strahlungsbereichs der Strahlungsquelle 8 liegt. Bei einer Temperaturerhöhung verbiegt sich jedoch der Bimetallstreifen 22 und dessen freies Ende 23 gerät in den Strahlungsbereich, so dass an diesem Ende reflektierte oder gestreute Strahlung zusätzlich auf den Strahlungsempfänger 12 gelangt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Bimetallstreifen 22 so ausgebildet und

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angeordnet, dass bei steigender Temperatur eine allmählich steigende zusätzliche Bestrahlung des Strahlungsempfängers 12 eintritt und eine Charakteristik beispielsweise entsprechend Kurve B oder C von Figur 2 erreicht werden kann.

Um eine möglichst gute Einstellbarkeit der Zusatzbestrahlung durch das Bimetall zu erreichen, ist es zweckmässig, die Zusatzstrahlung in der gleichen Grössenordnung zu wählen wie die Streustrahlung bei der zur Signalauslösung erforderlichen Rauchdichte. Da jedoch die Intensität der am Bimetall reflektierten oder gestreuten Strahlung um ein Vielfaches grosser ist als die Streustrahlung an Rauchpartikeln, ist es zweckmässig, das Bimetallelement so zu wählen, dass es nur einen kleinen Teil des Strahlungsbereiches der Strahlungsquelle erfasst, beispielsweise weniger als ein Zehntel des Strahlungsbereiches. Andererseits ist es von Vorteil, den Strahlungsbereich der Strahlungsquelle so auszubilden, dass dieser einen ausgedehnten Raumwinkelbereich umfasst. Es hat sich erwiesen, dass ein solcher Rauchdetektor mit einem ausgedehnten Strahlungsbereich, z.B. mit einer kegelring- oder kegelmantelförmigen Strahlungscharakteristik und einem zusätzlichen Bimetallelement, das nur einen sehr geringen Teil dieses Strahlungsbereiches beeinflusst, sich eine Kompensation des Temperaturganges der Rauchempfindlichkeit besonders zuverlässig und einfach erreichen lässt.

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Eine zweckmässige Weiterbildung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass das Bimetallelement und der Strahlungsempfänger so ausgebildet und so angeordnet sind, dass das Bimetallelement einer Temperaturänderung der in den Rauchdetektor einströmenden Luft schneller folgt als die anderen Komponenten, beispielsweise der Strahlungsempfänger. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass beispielsweise das Bimetallelement und die anderen Komponenten, wie der Strahlungsempfänger, eine verschiedene Wärmeträgheit besitzen oder verschieden stark thermisch isoliert sind oder das Bimetallelement kann in unmittelbarer Nähe der Lufteintrittsöffnungen angebracht sein, während die anderen Komponenten erst später von einströmender Luft erreicht werden.

Die Folge ist, dass das Bimetallelement sich bei einer schnellen Temperaturerhöhung der Umgebungsluft schneller aufheizt als die anderen Komponenten, beispielsweise der Strahlungsempfänger. Bei langsamer Temperaturerhöhung folgen beide Bauteile dagegen einer Temperaturänderung relativ gleichmässig. Damit wird erreicht, dass bei einem Rauchdetektor, welcher beispielsweise einen Empfindlichkeitsverlauf gemäss Kurve B von Figur 2 aufweist, dieser Empfindlichkeitsverlauf nur bei relativ langsamen Temperaturänderungen gilt, während sich der Empfindlichkeitsverlauf bei schnellen Temperaturänderungen in Richtung auf Kurve C in Figur 2 verschiebt. Dies bedeutet, dass bei schnellerem Temperaturanstieg eine kleinere Rauchdichte für die Auslösung eines Alarmes benötigt wird als bei langsameren Temperaturänderungen. Dies stellt einen in der Praxis sehr erwünschten Vorteil dieser weiteren Ausgestaltung der Erfindung dar, denn in der Praxis ist der Ausbruch eines Brandes häufig auch mit einem schnellen Temperaturanstieg verbunden. Somit kann in diesem Fall ein Brandausbruch zu einem früheren Zeitpunkt angezeigt werden, als ohne dieses zusätzliche Merkmal. Ein so ausgestalteter Rauchdetektor ist also nicht in der Lage, einen Alarm bei üeberschreitung einer bestimmten Rauchdichte und bei Erreichen einer bestimmten kritischen Maximaltemperatur anzuzeigen, sondern besitzt zusätzlich auch noch eine Differentialcharakteristik, da die Empfindlichkeit in Abhängigkeit von der Temperaturänderungsgeschwindigkeit geändert wird.

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Claims

Patentansprüche

l.j Rauchdetektor mit einer Strahlungsquelle, welche Strahlung in einen bestimmten Raumbereich aussendet, und einem Strahlungsempfänger, der ausserhalb des direkten Strahlungsbereiches angeordnet ist, und dem die an Partikeln im Strahlungsweg gestreute Strahlung zugeführt wird, wobei die Strahlungquelle eine kegelringförmige Strahlungscharakteristik besitzt und der Strahlungsempfänger in der Kegelachse angeordnet ist, nach Patentanmeldung P 26 19 082.9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bimetallelement (20, 22) vorgesehen ist, welches so ausgebildet und angeordnet ist, dass es sich bei einer Temperaturerhöhung allmählich in einen Bruchteil des Strahlungskegels (10) hineinbewegt und dabei durch Strahlungsreflexion und/oder -streuung an seiner Oberfläche (21, 23) die Bestrahlung des Strahlungsempfängers (12) in Abhängigkeit von der Temperatur graduell erhöht.
2. Rauchdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetallelement (20, 22) so ausgebildet und angeordnet ist, dass die zusätzliche Bestrahlung des Strahlungsempfängers (12) bei einer Temperaturerhöhung derart erfolgt, dass die Empfindlichkeitsänderung vom Strahlungsempfänger (12J und/oder Strahlungsquelle (8) bis zu einer vorbestimmten

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kritischen Temperatur wenigstens angenähert kompensiert wird.
3. Rauchdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetallelement (20, 22) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die zusätzliche Bestrahlung des Strahlungsempfängers (12) derart erfolgt, dass diejenige Rauchdichte, bei der der Rauchdetektor ein Signal auslöst, mit steigender Temperatur herabgesetzt wird.
4. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetallelement (20, 22) so ausgebildet und angeordnet ist, dass es bei einer Temperaturerhöhung weniger als ein Zehntel des Strahlungskegels beeinflusst.
5. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetallelement (20, 22) sowie die anderen temperaturempfindlichen Komponenten, beispielsweise der Strahlungsempfänger (12) so ausgebildet und angeordnet sind, dass das Bimetallelement einer Temperaturänderung der Umgebungsluft schneller zu folgen vermag als die anderen Komponenten.
6. Rauchdetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetallelement in der Nähe von Lufteintrittsöffnungen des Rauchdetektors angeordnet ist.

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