DE2916086B2 - Einrichtung zum Melden von optischen Feuererscheinungen, insbesondere Funken - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Melden von optischen Feuererscheinungen, insbesondere Funken, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Einrichtungen finden insbesondere Verwendung zur Überwachung des Inneren von Kanälen, in denen ein brennbares, aus Feststoffpartikeln bestehendes Schüttgut mittels eines Förderluftstroms transportiert wird. Der verwendete optisch-elektrische Wandler kann dabei auf beliebige, geeignet gewählte spektrale Wellenlängen der auf ihn auffallenden Strahlung ansprechen; unter einer optischen Strahlung soll im vorliegenden Zusammenhang jede Strahlung verstanden werden, die wie Licht optisch verarbeitet werden kann, beispielsweise also auch UV- und IR-Strai lung.

Bei einer bekannten, insbesondere zur Überwachung von Sägespan-Absaugeinrichtungen verwendeten Einrichtung der vorstehend genannten Art sitzt der Wandler innerhalb eines Gehäuses hinter einem Lichteintrittsfenster, und das Gehäuse ist mit in einer Durchtrittsöffnung der Wandung des Kansls liegendem Lichteintrittsfenster an der Außenseite der Wandung befestigt, so daß die Sichtachse, d. h. die Symmetrieachse des den Sichtbereich begrenzenden Kegels, diametral zum Kanal und damit senkrecht zu dessen Mittelachse verläuft. Hierbei muß der genannte, den Sichtbereich begrenzende Kegel einen sehr großen Spitzenwinkel von annähernd 180° haben, damit der gesamte Innenquerschnitt des Kanals erfaßt werden kann, was konstruktiv nur mit großem Aufwand zu verwirklichen ist Weiter führt dieser große Gcsichtsfeldkegel zu einer relativ geringen Empfindlichkeit bei der Erfassung von langsam fliegenden und nur schwach glimmenden Funken. Langsam fliegende Funken werden wegen des großen Kegelwinkels schon relativ früh erfaßt und nach ihrem Vorbeifliegen an der Lichteintrittsötfnung noch so während einer relativ langen Flugstrecke »gesehen«, so daß der vom Wandler empfangene Strahlungsimpulse einen zeitlich sehr flachen Verlauf hat, wodurch in der Auswerteschaltung vorgesehene Siebmittel zur Unterdrückung von Störsignalen das entsprechende Ausgangssignal des Wandlers unterdrücken können. Um diese Wirkung zu vermeiden, muß man best reu ι sein, die Auswerteschaltung so auszubilden, daß das Meldesignal im wesentlichen in ausschließlicher Abhängigkeit von der Amplitude des empfangenen Strahlangsimpulses erzeugt wird, wodurch dann nur schwach glimmende Funken, die zu einer geringen Amplitude führen, nicht erfaßt werden.

Um Funkenmelder mit nicht allzu großem Spitzenwinkel des Sichtbereichkegels verwenden zu können, ist es auch bekannt, zwei aus Lichteintrittsfenster, Wandler und Auswerteschaltung bestehende Funkenmelder auf diametral gegenüberliegenden Seiten des Kanals an dessen Wandung anzusetzen. Ihre Sichtbereiche überschneiden sich dann derart, daß auch bei geringem öffnungswinkel des Sichtbereichskegels der gesamte Kanalquerschnitt erfaßt wird. Hierdurch wird jedoch der Herstellungsaufwand der Einrichtung im Hinblick auf die zusätzliche Verknüpfung der Meldesignale beider Funkenmelder mehr als verdoppelt

Zur teilweisen Behebung des vorgenannten Nachteils ist es auch bekannt, bei einer Einrichtung ähnlich der eingangs genannten Art zwar einen einzigen Wandler mit nachgeschalteter Auswerteschaltung zu verwenden, diesen jedoch über eine Vielzahl von an ihrem Lichtaustrittsende vereinigten Lichtleitern mit einer entsprechenden Anzahl von Umfangsstellen des Kanals zu verbinden, wo die Lichteintrittsenden der Lichtleiter in Durchtrittsöffnungen auf die Mittelachse des Kanals hin radial ausgerichtet gehalten sind. Dabei erfordern jedoch diese Lichtleiter mit ihren Befestigungsmitteln an der Wandung des Kanals und dem Kopf, der sie bündelt, einen beträchtlichen Bauaufwand.

Zum Melden von Einbrechern und Bränden in einem flächenmäßig ausgedehnten Bereich ist auch aus der DE-OS 28 55 322 eine Einrichtung bekannt, die einen eine Vielzahl von Facetten aufweisenden, annähernd konischen Spiegel, eine Bündelungseinrichtung, beispielsweise in Gestalt eines weiteren Parabolspiegels, und einen an der Kegelspitze des Facettenspiegels angeordneten optisch-elektrischen Wandler aufweist, wobei der nach außen offenliegende Facettenspiegel mehrere zueinander konzentrische, jeweils annähernd kegelmantelförmige Sichtbereiche erfaßt zwischen denen nicht erfaßte Bereiche liegen. Die Einrichtung wird beispielsweise mit lotrechter Achse des Kegelmantelspiegels so angeordnet, daß sich parallel zu der überwachten Fläche bewegende Einbrecher oder sich von der überwachten Fläche nach oben bewegende Rammenerscheinungen abwechselnd einen Sichtbereich und einen nicht überwachten Bereich durchlaufen, und die sich dabei ergebenden Wechsel im Ausgangssignal des Wandlers werden ausgewertet Eine derartige Einrichtung ist jedoch zum Melden von optischen Feuererscheinungen in einem Kanal nicht ohne weiteres geeignet da sie eine relativ große Baugröße aufweist und daher einen beträchtlichen Strömungswiderstand darstellen würde und da der nach außen offenliegende Spiegel in einem Kuftstrom, der mit Feststoffpartikeln beladen sein kann, sehr schnell verschmutzen würde.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art in konstruktiv einfacher Weise so weiterzubilden, daß auch langsam fliegende Funken und nur schwach glimmende Funken noch mit Sicherheit erfaßt werden.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Einrichtung der eingangs genannten Art mit den im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmaien ausgebildet ist

Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung liegt die Lichteintrittsfläche in der Mitte des Kanals konzentrisch zu dessen Mittelachse derart, daß die Achse des den Sichtbereich außen begrenzenden Kegels mit der Mittelachse des Kanals zusammenfällt Hierbei sind nur eine einzige Lichteintrittsfläche und ein einziger, außerhalb des Kanals angeordneter Wandler vorgesehen, so daß die zu deren optischer Verbindung verwendeten Kopplungsmittel nicht allzu aufwendig sind. Diese im wesentlichen von einer zweischenkeligen Strahlungsleitvorrichtung gebildeten Kopplungsmittel bewirken einen nur geringen Strömungswiderstand im

Kanal, der zudem noch von dem vom zweiten Schenkel getragenen, kegelförmigen Fortsatz vermindert wird. Letzterer gestattet auch eine zum Inneren des Kanals hin völlig geschlossene Bauweise der Kopplungsmittel, wodurch eine Verschmutzung der Lichteintrittsfläche und des Inneren der Strahlungsleitvorrichtung vermieden wird

Hinsichtlich der Empfindlichkeit der Erfassung von vorbeifliegenden Funken wird durch die Anordnung der Lichteintrittsfläche konzentrisch zur Mittelachse des Kanals erreicht, daß Funken den den Sichtbereich begrenzenden Kegel unter einem relativ großen Winkel zu dessen Mantellinien verlassen, wodurch sich nach dem Vorbeifliegen des Funkens an der Lichteintrittsfläche eine plötzliche, starke Signaländerung ergibt, die leicht auswertbar ist Zudem wird die Empfindlichkeit dadurch erhöht, daß der Abstand, in dem die Funken an der Lichteintrittsflache im Sichtbereich vorbeifliegen können, höchstens einen Wert hat, der annähernd so groß ist wie die Hälfte der größten Innenabmessung des Kanals, bei kreisrundem Querschnitt also wie der Radius des Kanals. Da die von der Lichteintrittsfläche empfangene Lichtleistung mit dem Quadrat des Abstands des vorbeifliegenden Funkens von der Lichteintrittsfläche abnimmt, bedeutet dies gegenüber den bekannten Lösungen, bei denen die Lichteintrittsöffnung in der Wandung des Kanals liegt und noch einen an der gegenüberliegenden Seite des Kanals entlangfliegenden Funken erfassen muß, bei gegebener Intensität eines Funkens eine vierfache Erhöhung der mindestens empfangenen Strahlungsleistung und eine entsprechende Erhöhung der Empfindlichkeit

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Funkenmeldeeinrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Funkenmeldeeinrichtung gemiß der Erfindung,

F i g. 3 bis 6 alternativ mögliche Ausgestaltungen der Einrichtung gemäß F i g. 1 oder 2,

Fig.7 ein Prinzipschaltbild der Auswerteschaltung einer Einrichtung gemiß F i g. 1 oder 2,

Fig.β eine Ausführungsmöglichkeit der Auswerteschaltung der Einrichtung gemäß F i g. 1 oder 2.

In F i g. 1 ist der zu überwachende Kanal das Rohr 10 einer Sägespan-Absaugvorrichtung, in dem in Richtung des Pfeiles 12 ein Förderluftstrom geführt ist, der an einer Holzbearbeitungsmaschine abgesaugt wird und bei der Bearbeitung von Werkstücken Sägespäne mit sich führt Funkenbildung an Holzbearbeitungsmaschinen kann nie ganz ausgeschlossen werden. Am häufigsten sind Nigd, Geschosse und andere Metallgegenstände die Ursache. Auch lose Aste können sich lösen und, da sie konisch geformt sind, als Keil an die Sägeblätter gedruckt werden und sich dort aufgrund der hohen Reibungswärme sofort entzünden. Es ist daher wichtig, zündfähige Funken sofort zu erkennen, bevor sie beispielsweise in eine nachgeschaltete Entstaubungsanlage, in Filtereinrichtungen oder Silos gelangen, und automatisch abzulöschen. Der Erkennung und Meldung dient die in Fig.1 dargestellte Einrichtung, die eine hinter ihr im Rohr liegende, nicht dargestellte Löscheinrichtung steuert Gleichzeitig kann das Meldebignal andere der Sicherheit dienende Funktionen auslösen, beispielsweise die Abschaltung der Maschinen, das Stillsetzen von Förderschnecken, das Ansteuern von Brandschutzklappen usw.

Die dargestellte Einrichtung weist einen in F i g. 1 nicht gezeigten optisch-elektrischen Wandler und eine diesem nachgeschaltete Auswerteschaltung (F i g. 7 oder 8) auf, die in einem gemeinsamen Gehäuse 14 untergebracht sind. Weiter sind optische Kopplungsmittel zur Übertragung der von Funken ausgehenden, aufgefangenen Strahlung zu dem Wandler vorgesehen,

ίο und diese umfassen eine Strahlungsleitvorrichtung 16 mit zwei miteinander L-förmig verbundenen, unterschiedlich langen, senkrecht zueinander verlaufenden Schenkeln 18, 20, wobei der längere Schenkel 20 mit einem auf der Außenseite der Wandung des Rohres 10 liegenden Befestigungsflansch 22 verbunden ist, die Längsachse des kürzeren Schenkels 18 von der der Wandung zugewandten Auflagefläche 24 einer auf dem Flansch 22 liegenden Dichtungszwischenlage 26 einen Abstand hat, der gleich dem Abstand der Mittelachse des Rohres 10 von dessen Außenseite ist und an dem dem längeren Schenkel 20 abgewandten freien Ende 28 des kürzeren Schenkels 18 die Strahlungseintrittsfläche 30 gebildet ist Der längere Schenkel 20 durchsetzt eine Durchtrittsöffnung 32 in der Wandung des Rohres 10 und den mit ihm verbundenen Flansch 22 und endet in geringem Abstand von der Außenseite des Rohres 10. Der kürzere Schenkel 18 erstreckt sich vom längeren Schenkel 20 fort in Gegenrichtung zur Strömungsrichtung (Pfeil 12) des Luftstromes und trägt an seinem freien Ende 28 einen kegelförmigen Fortsatz 34, dessen Außenseite beim Ausführungsbeispiel die Lichteintrittsfläche 30 bildet Die Kegelform des Fortsatzes 34 verhindert, daß sich auf ihm und auf dem freien Ende des kürzeren Schenkels 18 Sägespäne oder andere Verunreinigungen festsetzen können, die den Lichteintritt in die Lichteintrittsfläche 30 behindern würden. Aus dem gleichen Grund ist es zweckmäßig, daß die Kegelachse des Fortsatzes 34 mit der Längsachse des kürzeren Schenkels 18 zusammenfällt und daß die Grundseite des Fortsatzes 34 denselben im Ausführungsbeispiel kreisrunden Querschnitt wie das ihn tragende freie Ende 28 des kürzeren Schenkels 18 hat

Die Strahlungsleitvorrichtung 16 ist selbsttragend ausgebildet, d. h. die Lichteintrittsfläche 30 steht allein dadurch in der Mitte des Rohres 10 fest, daß sie über die Strahlungsleitvorrichtung 16 und den Flansch 22 an der Wandung des Rohres 10 gehalten ist, ohne daß weitere Befestigungsmittel erforderlich wären. Hierzu ist die Strahlungsleitvorrichtung 16 in ihren beiden Schenkeln

so 18, 20 außenseitig von einem entsprechend stabilen Rohr 56 gebildet

Der Sichtbereich 36, der von der Lichteintrittsfläche 34 ausgeht, ist in Fig. 1 schraffiert angedeutet Er ist nach außen von einem Kegel 38 begrenzt, dessen Mantellinien in Fig.1 eingezeichnet sind und dessen Spitzenwinkel annähernd 180° beträgt Wie dieser große Spitzenwinkel in einfacher Weise erreicht wird, wird noch anhand von Fig.4 bis 6 zu erläutern sein. Weiter wird durch ebenfalls noch zu beschreibende optische Mittel erreicht, daß aus dem Sichtbereich 36 ein Innenkegel 40 ausgeblendet ist, von dem in Fig.1 Mantellinien sichtbar sind und dessen Spitzenwinkel gegenüber demjenigen des äußeren Kegels 38 geringer ist Der Spitzenwinkel des inneren Kegels 40 kann 90° oder mehr betragen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 umfassen die Kopplungsmittel zwischen Lichteintrittsfläche 30 und optisch-elektrischem Wandler und deren Strahlungsleit-

vorrichtung 16 als Strahlungsleitmittel ein faseroptisches Kabel 42, das aus einem strahlungsleitenden Faserbündel, zweckmäßig aus Glasfasern, sowie einem das Faserbündel umgebenden, zweckmäßig thermisch isolierenden, flexiblen Mantel besteht, das mit seiner Lichteintrittsseite am freien Ende 28 des kürzeren Schenkels 18 liegt, das sich ununterbrochen durch das Rohr 56 in beiden Schenkeln 18, 20 hindurch erstreckt und das sich über das äußere Ende des längeren Schenkels 20 hinaus bis zum optischen Wandler im Gehäuse 14 erstreckt. Zum Schutz des Kabels 42 ist dieses im Bereich zwischen dem längeren Schenkel 20 und dem Gehäuse 14 von einem weiteren, beispielsweise als Faltenbalg oder in sonstiger Weise flexibel ausgebildeten Mantel 44 umgeben, der längeren is Schenkel 20 und Gehäuse 14 verbindet An der Verbindungsstelle des Rohres 56 am äußeren Ende des längeren Schenkels 20 mit dem weiteren Mantel 44 liegt zweckmäßig zwischen beiden eine thermisch isolierende, beim Ausführungsbeispiel rohrförmige Schicht 46, um die Übertragung von Wärme zu den wärmeempfindlichen Teilen der Einrichtung im Gehäuse 14 zu vermeiden.

Wie weiter aus F i g. 1 hervorgeht, umfaßt die Einrichtung eine mittels eines Tastschalters 48 Willkürlieh betätigbare, in der Wandung des Rohres 10 im Sichtbereich 36 der Lichteintrittsfläche 30 gehaltene Lampe 50, deren emittiertes Strahlungsspektrum zweckmäßig annähernd mit demjenigen von Funken übereinstimmt und die hierzu beispielsweise als Strahlungsquelle eine Leuchtdiode aufweist Die Lampe 50 ist ebenso wie der längere Schenkel 20 im Flansch 22 befestigt und über ein Kabel 52 mit dem Gehäuse 14 und dem Tastschalter 48 verbunden. Durch willkürliches Aufleuchtenlassen der Lampe 50 kann geprüft werden, ob die Einrichtung funktionsfähig ist Die Lichtleistung der Lampe 50 wird dabei zweckmäßig so gering bemessen, daß sie die Intensität eines gerade eben noch zu erfassenden, schwach glimmenden Funkens simuliert; erfolgt beim Einschalten der Lampe 50 keine Abgabe eines Meldesignals, so ist die Einrichtung nicht funktionsfähig.

Die in F i g. 2 gezeigte weitere Ausführungsform einer Einrichtung gemäß der Erfindung stimmt mit derjenigen nach Fig. 1 teilweise überein; gleiche oder funktionsmäßig gleichartige Teile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und für sie gelten auch hinsichtlich der erreichbaren Vorteile die bereits zur F i g. 1 gemachten Ausführungen.

Abweichend gegenüber F i g. 1 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2, daß die Schenkel 18,20 der Strahlungsleitvorrichtung 16 von vorzugsweise innen spiegelnd glatten Rohren 54,56 gebildet sind und daß an ihrer Verbindungsstelle in ihrem Inneren ein die Strahlung rechtwinklig umlenkendes optisches Element ss — beim Ausführungsbeispiel ein Spiegelprisma 58 — gehalten ist Bei dieser Ausführungsform wird der Vorteil erzielt, daß noch höhere Temperaturen des Luftstromes im Rohr 10 von beispielsweise 400° C zugelassen werden können, während bei der Ausführung nach F i g. 1 die zulässige Temperatur im wesentlichen durch das Lichtleitkabel 42 begrenzt ist, das im allgemeinen keinen höheren Temperaturen als 250°C bis 280°C ausgesetzt werden darf. Bei der Sägespanabsaugung und auch bei anderen Einsatzzwekken ist es nämlich wichtig, relativ hohe Temperaturen des abgesaugten Luftstromes und der darin enthaltenen Feststoffpartikel zuzulassen, da dann mit relativ geringem Luftdurchsatz gearbeitet und ein relativ geringer Durchmesser des Rohres 10 verwendet werden kann.

Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 wird eine thermische Isolierung zwischen dem längeren Schenkel 20 und den wärmeempfindlichen Teilen im Gehäuse 14 dadurch erzielt, daß der lange Schenkel 20 außerhalb der Wandung des Rohres 10 nahe dieser endet und daß zwischen ihn und das Gehäuse 14 ein in geradliniger Fortsetzung des längeren Schenkels 20 verlaufendes, thermisch isoliertes oder thermisch isolierend wirkendes weiteres Rohr 60 eingeschaltet ist das den längeren Schenkel 20 und das Gehäuse 14 starr verbindet

Anhand von Fig.3 bis 6 seien nun mögliche Ausbildungen der optischen Kopplungsmittel im Bereich der Strahlungseintrittsfläche näher erläutert; die dabei gezeigten, kegelförmigen Fortsätze 343 bis 346 und die in Zusammenhang damit verwendbaren Strahlungseintrittsflächen 303 bis 306 sind anstelle des Fortsatzes 34 bzw. der Strahlungseintrittsfläche 30 in F i g. 1 und 2 verwendbar.

In Fig.3 ist eine besonders einfache Konstruktion gezeigt, bei der der Fortsatz 343 strahlungsdurchlässig ausgebildet ist, so daß seine kegelförmige Außenfläche als Strahlungseintrittsfläche 303 dient Bei gemäß F i g. 1 vorhandenem Lichtleitkabel 42 schließt die Lichteintrittsfläche von dessen Faserbündel 62 und sein flexibler Mantel 62 unmittelbar an die Grundfläche des Fortsatzes 343 an, während bei der Ausführungsform nach Fig.2 das Kabel 42 entfällt Bei dieser Konstruktion hat jedoch abweichend von F i g. I und 2 der den Sichtbereich begrenzende äußere Kegel 38 einen nicht allzu großen Spitzenwinkel, der im wesentlichen durch den öffnungswinkel begrenzt ist unter dem einfallendes Licht die Fasern des Faserbündels 62 dieses Licht noch aufnehmen. Weiter ist hierbei auch der innere Kegel 40 praktisch nicht vorhanden; nur genau axial auf die Kegelspitze zulaufende Funken werden erst beim Vorbeilauf unmittelbar an der Lichteintrittsfläche 303 erfaßt Im allgemeinen hat der beim Vorbeilauf eines Funkens zum Wandler übertragene Lichtimpuls daher einen zeitlichen Verlauf, der sich zusammensetzt aus einer relativ langsam ansteigenden Vorderflanke und einer beim Verlassen des Sichtbereichs auftretenden, relativ steilen Rückflanke.

Gegenüber der Ausführungsmöglichkeit nach Fig.3 wird bei denjenigen nach F i g. 4 bis 6 die in F i g. 1 und 2 angedeutete Gestalt des Sichtbereichs 36 mit großem Spitzenwinkel des äußeren Kegels 38 und mit einem ausgeblendeten inneren Kegel 40 erreicht Dadurch wird beim Eintritt des vorbeifliegenden Funkens in den Sichtbereich 36, nämlich beim Passieren des inneren Kegels 40, ebenfalls eine starke Signaländerung in Gestalt einer steilen Vorderflanke erhalten, die die Auswertung erleichtert

Bei der Konstruktion nach F i g. 4 ist der Fortsatz 344 wieder strahlungsdurchlässig ausgebildet, und im freien Ende 28 des kürzeren Schenkels 18 ist nächst dem Fortsatz 344 eine Streulinse 66 gehalten. Diese streut aus annähernd axialer Richtung durch die Lichteintrittsfläche 304 in den Fortsatz 344 eindringende und auf die Streulinse 66 fallende Strahlung so stark, daß diese nicht auf das Lichteintrittsende des Faserbündels 62 fällt bzw. bei Ausbildung nach Fig.2 und nicht vorhandenem Kabel 42 einen solchen Schrägwinkel zur Achse des kürzeren Schenkels 18 hat, daß praktisch keine Fortleitung innerhalb der hohlen Strahlungsleitvorrich-

tung 16 erfolgt. Aus dem Sichtbereich 36 (F i g. 1, 2) mit einer starken radialen Komponente eindringende Strahlung wird dagegen soweit in eine annähernd axiale Richtung umgelenkt, daß eine Fortleitung und Erfassung möglich ist Zweckmäßig ist, wie in F i g. 4 dargestellt, die Streulinse 66 auf ihrer dem Fortsatz 344 zugewandten Seite konkav, und letzterer weist eine an der ihm zugewandten Linsenfläche anliegende, konvexe Ausbuchtung 68 auf. Auch das Faserbündel 62 kann abweichend vom Dargestellten mit seiner Lichteintrittsfläche unmittelbar an der ihm zugewandten Linsenfläche anliegen.

Bei den Konstruktionen nach Fig.5 und 6 ist die Lichteintrittsfläche 305 bzw. 306 nicht von der Außenseite des Fortsatzes 345 bzw. 346 gebildet, so daß dieser aus einem strahlungsundurchlässigen Material und insbesondere auch aus Metall bestehen kann. Solche Lösungen sind daher in besonderem Maße dann geeignet, wenn bei großer Härte der vom Luftstrom mitgeführten Feststoffpartikel die Möglichkeit besteht, daß diese auf die Außenseite des Fortsaztes auftreffenden Partikel die Außenseite mit der Zeit mattieren.

Die Konstruktion nach F i g. 5 zeichnet sich dadurch aus, daß der kürzere Schenkel 18 an seinem freien Ende 28 einen ringförmigen Wandungsabschnitt 70 aus strahlungsdurchlässigem Material aufweist, dessen Außenseite die Strahlungseintrittsfläche 305 bildet, und daß der Fortsatz 345 auf seiner diesem Wandungsteil 70 zugewandten Seite einen zweckmäßig einstückig gebildeten kegel- oder kegelstumpfartigen weiteren Fortsatz 72 mit konkaven Mantellinien und mit spiegelnder Oberfläche 74 trägt, der sich in den ringförmigen Wandabschnitt 70 hinein erstreckt und radial durch diesen hindurch einfallende Strahlung in eine zumindest annähernd axiale Richtung ins Innere des kürzeren Schenkels 18 hinein umlenkt Hierdurch kann durch geeignete Krümmung der spiegelnden Oberfläche 74 sogar erreicht werden, daß der Spitzenwinkel des äußeren Kegels 38 mit guter Annäherung 180° beträgt und daß der Sichtbereich zu einer ebenen Scheibe endlicher Dicke wird.

Letzteres gilt auch für die Konstruktion nach F i g. 6. Dabei ist das freie Ende 28 des kürzeren Schenkels 18 als Stopfen 76 ausgebildet, in den strahlungsleitende, bogenförmig verlaufende Fasern 78 eingegossen sind, deren radial gerichtete Lichteintrittsenden in einem die Lichteintrittsfläche 306 bildenden Ringbereich der Außenseite des Stopfens 76 liegen und deren Lichtaustrittsenden zu einem axial gerichteten Bündel 80 zusammengefaßt sind. Bei vorhandenem Kabel 42 schließt dessen Faserbündel 62 dann zweckmäßig unmittelbar an das Bündel 80 an.

Gegenfiber den bisher beschriebenen Ausführungsformen sind auch weitere Abwandlungen möglich. So sind verschiedene weitere Ausführungen im Bereich der Lichteintrittsfläche denkbar, durch die die anhand von Fi g. 1 und 2 beschriebene Gestalt des Sichtbereichs 36 erreicht wird. Auch kann sich abweichend von den Figuren der kürzere Schenkel 18 vom längeren Schenkel 20 aus nicht entgegen der Luftströmungsrichtung (Pfeil 12X sondern in deren Richtung erstrecken, so daß dann der kegelförmige Fortsatz 30 entfallen kann. Auch in diesem Fall sollte allerdings der Sichtbereich eine gut definierte hintere Grenze entsprechend dem äußeren Kegel 38 in Fig. 1 und 2 haben, was dann beispielsweise durch Verwendung des Wandabschnitts 70 und des Fortsatzes 72 mit der Oberfläche 74 nach Fig.5 oder des Stopfens 76 mit den Fasern 78 nach

F i g. 6 erreicht werden kann.

F i g. 7 zeigt eine Prinzipschaltskizze der Auswerteschaltung der Einrichtung. Hierbei ist dem beispielsweise als fotoelektrisches Element 116 ausgebildeten Wandler ein differenzierend wirkender Verstärker VD nachgeschaltet, um ein Signal zu erhalten, das außer von der Amplitude der vom fotoelektrischen Element 116 empfangenen Strahlung auch von der Flankensteilheit des Strahlungsimpulses abhängt. Dem Verstärker VD ist

ίο dann ein Schwellwertverstärker VS nachgeschaltet, der ein Meldesignal dann abgibt, wenn sein Eingangssignal eine vorgegebene Schwelle überschreitet.

Bei beispielsweise gemäß Fig.3 im Bereich der Lichteintrittsfläche ausgebildeter Kopplungsvorrichtung verläuft der vom fotoelektrischen Element 116 empfangene Lichtirnpuls, wie durch die oberhalb des fotoelektrischen Elements 116 angedeutete Kurve wiedergegeben, mit einer relativ langsam ansteigenden Vorderflanke und einer steil abfallenden Rückflanke.

Das Ausgangssignal des Verstärkers VD hat dann die zwischen ihm und dem Schwellwertverstärker VS angedeutete Kurvenform mit einem der Vorderflanke des Eingangsimpulses entsprechenden ersten Impuls vorgegebener Polarität mit geringer Amplitude und mit einem daran anschließenden zweiten Impuls von gegenüber dem ersten Impuls entgegengesetzter Polarität und mit relativ großer Amplitude. Zur störungsfreien Auswertung kann es daher zweckmäßig sein, lediglich den genannten zweiten Impuls auszuwerten und hierzu zwischen den Verstärker VD und den Schwellwertverstärker VS eine geeignete gepolte Diode 82 einzuschalten. Sofern allerdings durch geeignete optische Mittel, wie sie in den F i g. 4 bis 6 dargestellt sind, dafür gesorgt wird, daß aus dem Sichtbereich ein genügend großer Innenkegel ausgeschnitten und hierdurch auch die Vorderflanke des Eingangsimpulses steil gemacht wird, kann die Diode 82 entfallen.
Fig.8 zeigt eine Ausführungsform der Auswerte-Schaltung, die bei der letztgenannten Ausbildung des Sichtbereichs besonders geeignet ist und zudem den Vorteil hat daß außer Funken auch andere optische Feuererscheinungen wie flackernde Flammen mit Sicherheit erfaßt werden können.

Die Aaswerteschaltung gemäß Fig.8 ist zum Anschluß an eine zweiadrige Linie ausgebildet auf der im Ruhezustand eine Linienspannung ansteht und über die das beim Erfassen von Flammen und/oder Funken erzeugbare Meldesignal in Form einer Stromerhöhung

so zu einer entfernten. Signalzentrale übertragbar ist Statt dessen oder zusätzlich kann das Meldesignal auch durch Schließen eines Kontakts r abgegeben werden, um den erforderlichen Löschvorgang auszulösen. Mit ihrer Anschlußklemme 110 ist die Auswerteschaltung an die positive Ader, mit ihrer Anschlußklemme 112 an die an Masse liegende, negative Ader der Linie angeschlossen. Zwischen die Anschlußklemmen 110, 112 ist eine Spannungsversorgungsschaltung 114 geschaltet, deren einer Ausgangsanschluß auf einem positiven Potential + V gegenüber Masse und deren anderer Ausgangsanschluß auf einem negativen Potential — V gegenüber Masse liegt

Die Auswerteschaltung weist einen dem Fotoelement 16 unmittelbar nachgeschalteten, eingangsseitigen Verstarker Vl auf. Dieser Verstärker Vi umfaßt einen Operationsverstärker 118, der zu seiner Leistungsversorgung an die Spannungsversorgungsschaltung 114 angeschlossen ist, und einen Rückkopplungszweig, der

ihm ein PD-Verhalten gibt Das Fotoelement 116 ist mit seinem positiven Anschluß unmittelbar mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 118 verbunden, der weiter über einen Widerstand 120 an das negative Potential - V gelegt ist. Weiter ist das Fotoelement 116 mit einem Kondensator 122 und einem Widerstand 124 in Reihe geschaltet, und der dem Fotoelement 116 abgewandte Anschluß des Widerstands 124 liegt am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1J8. Die dem Operationsverstärker 118 zugeordnete Rückkopplungsschaltung ist gebildet von der Reihenschaltung zweier Widerstände 126,128, die zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers 118 und dessen invertierenden Eingang geschaltet ist, und einem Kondensator 130, der zwischen den Verbindungspunkt der Widerstände 126, 128 und einen Punkt festen Potentials, im Ausführungsbeispiel das negative Potential — V, geschaltet ist.

Dem eingangsseitigen Verstärker Vi ist ein Differenzierglied (D-Glied) D nachgeschaltet Dieses ist beim Ausführungsbeispiel passiv ausgebildet und besteht aus der Reihenschaltung eines Kondensators 132, dessen einer Anschluß am Ausgang des Operationsverstärkers 118 liegt, und eines Widerstands 134, dessen dem Kondensator 132 abgewandter Anschluß mit dem nicht invertierenden Eingang eines nachgeschalteten Operationsverstärkers 136 verbunden ist

Anstelle des passiven D-Glieds D könnte auch ein aktives, einen Verstärker umfassendes D-Glied vorgesehen sein, und zwischen den eingangsseitigen Verstärker Vi und das D-Glied D kann erforderlichenfalls auch ein P-Glied oder ein reines P-Verhalten aufweisender Verstärker eingeschaltet sein.

Der Operationsverstärker 118 wird schon bei geringen Signalamplituden übersteuert, so daß er im

Falle der Erfassung eines Funkens einen positiven Rechteckimpuls und bei der Einwirkung flackernder Flammen eine Impulsfolge mit entsprechend dem Flackern der Flammen unterschiedlicher Impulsbreite und unterschiedlichen Impulsabständen liefert Ein Operationsverstärker mit entsprechend geringer Aussteuerbarkeit erfordert vsrteilhafterweise einen nur sehr geringen Bauaufwand.

Der Operationsverstärker 136 mit Widerständen 140, 142,144 so beschaltet, daß er einen Schwellwertverstärker V2 bildet. Dieser ist zur Erhöhung des Störabstands über eine invers gepolte Zenerdiode 153 mit dem Eingang eines Signalgebers S verbunden, der bei genügender Höhe des Ausgangssignals des Schwellwertverstärkers V2 ein Meldesignal in Form einer Stromerhöhung erzeugt Parallel zum Eingang des Signalgebers S sind zur Unterdrückung von Störeinflüssen ein Kondensator 154 und ein Widerstand 156 geschaltet, deren Werte so gering sind, daß sie den Frequenzgang hinsichtlich des Meßsignals praktisch nicht beeinflussen. Der Verstärker V2 und die Elemente 153, 154 und 156 bilden zusammen einen weiteren Schwellwertverstärker, ohne daß eine sonstige Auswertung des zeitlichen Verlaufs des aus dem Meßsignal erhaltenen Signals erforderlich wäre.

Der Signalgeber S weist einen vom Eingangssignal steuerbaren Transistor 158 auf, dessen Hauptstromstrecke in Reihe mit einem Relais R zwischen die Klemmen 110, 112 geschaltet ist Beim Vorliegen flackernder Flammen und/oder eines Funkens wird der Transistor 158 leitend gesteuert, so daß über das Relais R und den Transistor 158 ein Strom fließt, der als Stromerhöhung der Linie in der Signalzentrale auswertbar ist, und gleichzeitig wird der Kontakt rgeschlossen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Melden von optischen Feuererscheinungen, insbesondere Funken, in einem ggf. mit Feststoffpartikeln beladen, einen Kanal durchströmenden Luftstrom, mit optischen Kopplungsmitteln, deren zum Inneren des Kanals hin offenliegende Strahlungseintrittsfläche einen außen kegelförmig begrenzten Sichtbereich erfaßt, Befestigungsmitteln zum Befestigen der Kopplungsmittel

an einer Durchtrittsöffnung in der Wandung des Kanals, einem einzigen von der mittels der Kopplungsmittel übertragbaren Strahlung beaufschlagten optisch-elektrischen Wandler und einer diesem nachgeschalteten Auswerteschaltung, die bei Erfassung einer Feuererscheinung ein Meidesignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsmittel (34, 16, «; 34, 16, 60) eine Strahlungsleitvorrichtung (16) mit zwei miteinander L-förmig verbundenen, senkrecht zueinander stehenden Schenkeln (18, 20) aufweisen, deren erster Schenkel (20) mit den Befestigungsmitteln (22, 26) verbunden ist und deren zweiter Schenkel (18) sich koaxial zur Mittelachse des Kanals (10) von dem ersten Schenkel (20) fort in Gegenrichtung zur Strömungsrichtung (Pfeil 12) des Luftstromes erstreckt, daß der zweite Schenkel (18) an seinem freien Ende (28) einen zu ihm koaxialen, kegelförmigen Fortsatz (23) trägt, dessen Grundseite denselben Querschnitt wie das ihn tragende freie Ende (28) des zweiten Schenkels (18) hat, und daß die Lichteintrittsfläche (30; 303; 305; 306) am freien Ende des zweiten Schenkels (18) koaxial zum Kanal (10) und zur Achse des den Sichtbereich (36) außen begrenzenden Kegels (38) angeordnet ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsfläche (30; 303; 304; 305; 306) mit sich entgegen der Strömungsrichtung (Pfeil 12) des Luftstroms erweiterndem Kegelwinkel des den Sichtbereich (36) außen begrenzenden Kegels (38) angeordnet ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch optische Mittel (66; 70; 74; 78; 80), die aus dem Sichtbereich (36) einen einzigen Innenkegel (40) von gegenüber dem den Sichtbereich (36) außen begrenzenden Kegel (38) geringeren Spitzenwinkel ausblenden.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schenkel so (18) kürzer als der erste Schenkel (20) ist

5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsleitvorrichtung (16) selbsttragend ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsleitvorrichtung (16) ein sich ununterbrochen durch beide Schenkel (18, 20) hindurch erstreckendes strahlungsleitendes Faserbündel (62) und einen dieses umgebenden Rohrmantel (56) umfaßt (F i g. 1, 3,4,6).

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der außenseitig von dem Rohrmantel (56) gebildete erste Schenkel (20) außerhalb der Wandung des Kanals (10) nahe dieser endet, daß an dem Ende des ersten Schenkels (20) ein weiterer Mantel (44) anschließt, dessen dem ersten Schenkel

(20) abgewendetes Ende mit einem den Wandler (116) aufnehmenden Gehäuse (14) verbunden ist und daß sich das Faserbündel (62) ununterbrochen durch die Schenkel (18,20) und den weiteren Mantel (44) hindurch erstreckt

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Schenkel (18, 20) von Rohren (54,56) gebildete sind und daß an Ihrer Verbindungsstelle in ihrem Inneren ein die Strahlung rechtwinklig umlenkendes optisches Element (58) gehalten ist (F ig. 2).

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schenkel (20) außerhalb der Wandung des Kanals (10) nahe dieser endet und daß zwischen ihn und ein den Wandler (116) aufnehmendes Gehäuse (14) ein in geradliniger Fortsetzung des ersten Schenkels (20) verlaufendes Rohr (60) eingeschaltet ist das den ersten Schenkel (20) und das Gehäuse (14) miteinander verbindet

10. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der kegelförmige Fortsatz (34; 343; 344) aus einem strahlungsdurchlässigen Material besteht und mit seiner Außenseite die Strahlungseintrittfläche (30; 303; 304) bildet (F ig. 3,4).

11. Einrichtung nach Anspruch 3 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß im freien Ende (28) des zweiten Schenkels (18) nächst dem kegelförmigen Fortsatz (344) eine Streulinse (66) gehalten ist (F i g. 4).

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Streulinse (66) auf ihrer dem kegeiförmigen Fortsatz (344) zugewandten Seite konkav ist und daß der Fortsatz (344) eine an der ihm zugewandten Linsenfläche anliegende, konvexe Ausbuchtung (68) aufweist

13. Einrichtung nach Anspruch 3 oder nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß der zweite Schenkel (18) an seinem freien Ende (28) einen ringförmigen Wandungsabschnitt (70) aus strahlungsdurchlässigem Material aufweist, dessen Außenseite die Strahlungseintrittsfläche (305) bildet, und daß innerhalb dieses Wandungsabschnitts (70) ein kegel- oder kegelstumpfartiger Formkörper (72) gehalten ist, der konkave Mantellinien und eine spiegelnde Oberfläche (74) aufweist und der sich in den ringförmigen Wandabschnitt (70) von dessen freiem Ende her derart hinein erstreckt, daß er annähernd durch den ringförmigen Wandabschnitt (70) einfallende Strahlung in eine zumindest annähernd axiale Richtung ins Innere des zweiten Schenkels (18) hinein umlenkt (F i g. 5).

14. Einrichtung nach Anspruch 3 oder nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das fi eie Ende (28) des zweiten Schenkels (18) als Stopfen (76) ausgebildet ist, in den strahlungsleitende, bogenförmig verlaufende Fasern (78) eingegossen sind, deren annähernd radial gerichtete Lichteintrittsenden in einem die Lichteintrittsfläche (306) bildenden Ringbereich der Außenseite des Stopfens (76) liegen und deren Lichtaustrittsenden zu einem axial gerichteten Bündel (80) zusammengefaßt sind (F i g. 6).

15. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine willkürlich betätigbare, an der Wandung des Kanals (10) im Sichtbereich (36) der Lichteintrittsfläche (30) gehaltene Lichtquelle (50) (F i g. 1,2).

16. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung ein dem Wandler (116) nachgeschaltetes Differenzierglied (VD; DJ aufweist (F ig. 7,8).

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch s gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung zur Erzeugung des Meldesignals in Abhängigkeit davon ausgebildet ist, daß ein dem Wandler (116) zugeführter Strahlungsimpuls eine vorgegebene Amplitude und seine Rückflanke eine vorgegebene Steilheit überschreiten.