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Beschreibung
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Verfahren und Anordnung zur Überwachung eines nominell gasdichten
Hohlkörpers Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Überwachung
eines nominell gasdichten Hohlkörpers nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1
und 14.
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Die Erfindung betrifft insbesondere einen Glasbruchmelder bei einem
sogenannten Mehrscheiben-Isolierglasfenster.
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Derartige Isolierglasfenster bestehen aus mindestens zwei voneinander
beabstandeten Fensterglasscheiben, die in einem gasdichten Rahmen gehalten werden.
Derartige Fenster werden beispielsweise im Haus- und Wohnungsbau verwendet, bewirken
dort einen guten Wärme- und/oder Schallschutz und müssen nominell gasdicht sein,
um Eindringen und Niederschlag von Wasserdampf zu vermeiden. Ein Hohlkörper bzw.
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ein Isolierglasfenster, die im unzerstörten Zustand gasdicht sind,
werden als nominell gasdicht bezeichnet. Die
Wärmeisolation wird
durch ein Füllgas mit hohem Atomgewicht (z.B. Ar) verbessert.
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Glasbruchmelder, z.B. zur Meldung eines Einbruches, sind entweder
sichtbar oder unsichtbar angebracht, Sichtbare Glasbruchmelder dienen unter anderem
dem Hinweis, daß beispielsweise ein Fenster überwacht wird, während unsichtbare
Glasbruchmelder beispielsweise einen sogenannten stillen Alarm, z0B. bei der Polizei,
attslösen sollen.
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Weiterhin werden Glasbruchmelder aufgrund der Funktionsweise eingeordnet
in passive bzw. aktive Glasbruchmelder.
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Passive Glasbruchmelder, z.B, Erschütterungsmelder (Mikrophone), sollen
lediglich dann alarmieren, wenn ein bestimmtes äußeres Ereignis, z.B. eine starke
Erschütterung infolge eines Glasbruches, eine bestimmte, einstellbare Schwelle überschreitet,
Die Schwelle ist derart gewählt, daß möglichst kein Fehlalarm, z.B. durch leichtes
Klopfen an die Glasscheibe ausgelöst wird. Aktive Glasbruchmelder, z.B. Ultraschallsender
und -empfänger, sollen dagegen lediglich dann alarnijeren, wenn eine von dem Clasbruchmelder
erzeugte Eigenschaft, z.B. ein Ultraschallfeld, in einer bestimmten Art geändert
wird, z.B. durch einen Glasbruch. Gemäß dieser Definition ist beispielsweise ein
Glasbruchmelder, der den elektrischen Widerstand eines in einer Glasscheibe angebrachten
Sicherungsdrahtes mißt, als aktiver Glasbruchmelder zu bezeichnen.
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Ein Nachteil derartiger Glasbruchmelder ist z.B. deren Unsicherheit:
Heftiges Klopfen an eine Glasscheibe ohne deren Zerstörung kann einen Fehlalarm
auslösen. Ein dagegen unempfindlicher Glasbruchmelder kann durch vorsichtiges Zerschneiden
der Glasscheibe berlistet werden.
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Glasbruchmelder, im allgemeinen aktive Melder, die keinen derartigen
Nachteil aufweisen, sind technisch aufwendig, bedürfen im allgemeinen einer ständigen
Kontrolle und Wartung und sind teuer.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Anordnung anzugeben, die eine preiswerte und störsichere Überwachung von gasdichten
Hohlkörpern, insbesondere von Mehrscheiben-Isolierfenstern, ermöglichen, Diese Aufgabe
wird erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche
1 und 13 angegebenen Merkmale gelöst.
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Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.
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Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine erfindungsgemäße
Anordnung sowohl als sichtbarer als auch als nicht sichtbarer Glasbruchmelder einsetzbar
ist.
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Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß der Gegenstand der Erfindung
auch eine Überwachung der Hohlkörper hinsichtlich deren nomineller Gasdichtigkeit
ermöglicht. Dieser Vorteil ist z.B. zur Feststellung derjenigen einganges gt!-nannten
Isolierglasscheiben hilfreich, die infolge einer Alterung und/oder eines Herstellungsfehlers
sogenannte Haarrisse besitzen und dadurch im Laufe der Zeit möglicherweise die Isolierfähigkeit
verlieren.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Die FIG. 1 bzw. 2 zeigen beispielsweise Querschnitte eines nicht sichtbaren
bzw. eines sichtbaren Glasbruchmelders für Isolierglasscheiben.
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Gemäß FIG. 1 bilden zwei unvollständig dargestellte Glasscheiben 31
und der Rahmen 32 eine an sich bekannte nominell gasdichte,sogenannte Isolierglasscheibe,
die als Hohlkörper 3 bezeichnet wird. Dieser Hohlkorper 3 ist über eine Öffnung
321, in dem Rahmen 32, mit einem gasdichten Hohlraum 1 verbunden, der von der Umhüllung
eines Bauelementes 5 umschlossen wird, Das Bauelement 5 enthält ferner einen Sauerstoffdetektor
2, der über elektrisch leitende Anschlußstifte 21 mit einer nicht dargestellten
Auswerteeinheit verbunden ist, sowie einen Getter 4, der gasförmigen Sauerstoff
(02) zu binden vermag. Der Getter 4, z.B. ein reines Metallpulver oder ein Pulvergemisch
der Metalle Fe, Al1 Mg oder von Mn-Oxiden, bewirkt normalerweise, also bei unbeschädigtem
Hohlkörper 3 und flohlraum 1, einen niedrigen Sauerstoffpartialdruck des im llohlkörper
3 eventuell vorhandenen Isoliergases. Wird nun ein derartiger Jiohlkörper 3 und/oder
Hohlraum 1 beschndit, beispielsweise durch Glasbruch einer Glasscheibe 31, so bewirkt
der in den Hohlraum t eindringende Luft-Sauerstoff eine Sättigung des Getters 4
sowie eine Veränderung des Sauerstoffdetektors 2. Diese Veränderung, z.B. Änderung
des elektrischen Widerstandes eines Metalldrahtes infolge dessen Oxidation, ist
meßbar und führt mittels der Auswerteeinheit zu mindestens einem Auswertesignal,
z.B. einem Alarmsignal. Ein derartiges Ansprechen des Sauerstoffdetektors 2 ist
auch dann möglich, wenn sich in dem Aufbau der Isolierglasscheibe infolge der Alterung
gasdurchlässige Undichtigkeiten, sogenannte Haarrisse, bilden. Daher ist es möglich,
die Erfindung z.B. zur Überwachung der
Wirksamkeit der solierglasscheiben
zu benutzen. Ist lediglich der Getter 4 gesättigt und/oder vergiftet, z.B.
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aufgrund eines Herstellungsfehlers, so könnte der Sauerstoffdetektor
2 ansprechen und einen Fehlalarm auslösen.
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Es gibt verschiedene Möglichkeiten, einen derartigen Fehlalarm zu
vermeiden. Eine erste beispielhafte Möglich keit besteht darin, daß der Sauerstoffdetektor
2 fortlaufend den Sauerstoffpartialdruck mißt, z.B. durch eine elektrische Widerstandsmessung
eines oxidierenden Glühdrahtes. Eine plötzliche Zunahme des Widerstandes durch starke
Oxidation ist dann ein Hinweis auf eine starke Erhöhung des Sauerstoffpartialdruckes,
z.B. infolge eines Glasbruches. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, zeitlich
fortlaufend die meßbaren Veränderungen, z..B. die Oxidationsrate von Glühdrähten,
von mehreren Sauerstoffdetektoren 2 zu überwachen, die derart eingestellt sind,
daß bei einem hohen Sauerstoffpartialdruck (Glasbruch) alle Sauerstoffdetektoren
2 ein Alarmsignal erzeugen. Eine derartige Koinzidenzschaltung erzeugt wenig störende
Fehlalarme, denn ein Ansprechen (Alarm) von nur einem Sauerstoffdetektor 2 bedeutet
lediglich, daß die zu überwachende Isolierglasscheibe und/oder der Sauerstoffdetektor
2 einen Fehler, z.B. einen Haarriß, aufweisen.
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Ein Glasbruchalarm wird daher nicht ausgelöst. Eine dritte Möglichkeit
besteht darin, daß ein Getter 4, z.B. ein Nn-Oxid, verwendet wird, der bei Sauerstoffsättigung
seine Farbe ändert und daß das Bauelement 5, z.B. aus Glas, derart gestaltet ist,
daß die Farbänderung sichtbar ist. Ist der Getter 4 gesättigt, z.B. infolge einer
Undichtigkeit der Isolierglasscheibe, so ist ein Auswechseln des Bauelementes 5
möglich.
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In FIG. 1 ist ein sogenannter nicht sichtbarer Glas bruch
melder
dargestellt, denn das Bauelement 5 ist außerhalb des Hohlkörpers 3, der Isolierglasscheibe,
angebracht.
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Wird eine derartige Isolierglasscheibe z.B. in einem Fensterrahmen
eingesetzt, so wird das Bauelement 5 in einer entsprechenden Ausnehmung verborgen.
Das Bauelement 5 ist dann durch die Glasscheiben 31 nicht sichtbar, die Öffnung
321 ist klein und unauffällig gestaltet.
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FIG. 2 zeigt einen eingangs erwähnten sichtbaren Glasbruchmelder,
denn das Bauelement 5 5 befindet sich innerhalb des Hohlkörpers 3 und ist daher
sichtbar.
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Derartige Glasbruchmelder sind in vorteilhafter Weise kostengünstig,
stör- und umgehungssicher, denn lediglich eine Beschädigung des Hohlkörpers bewirkt
ein Auswertesignal. Die Erzeugung des Auswertesignals ist in bekannter Weise möglich,
z.B. mittels elektronischer Brückenschaltungen sowie nachgeschaltetem Auswertenetzwerk.
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Ausführungsbeispiel einer Isolierglasscheibe mit daran an gebrachten
Glasbruchmelder: Der Hohlkörper 3 und der Hohlraum 1 sind über eine weitere Ö h
ung mit sauerstoffarmen Stickstoff gellt (Sauerstoffpartialdruck ist kleiner als
10'4) oder einem Edelgas, z.B. Argon. Sofern ein derartiges Isoliergas ein höheres
spezifisches Gewicht als gasförmiger Sauerstoff hat, ist es zweckmäßig, den Sauerstoffdetektor
2 bzw. das Bauelement 5 an einem oberen Bereich des Hohlkörpers 3 anzubringen.
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Als Getter 4 wird Mn-Oxid und/oder Mn-Oxid haltiges Eisenpulver benutzt,
wobei das Mn-Oxid eine von der 02-Sättigung abhängige Farbe aufweist. Während der
Herstellung
des Getters 4 und/oder des Bauelementes 5 sowie der
Füllung des Hohlkörpers 3 mit Isoliergas ist es notwendig, den Getter 4 solange
in einem inaktiven Zustand zu halten.
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Soll der Getter 4 wirksam werden, so ist eine sogenannte Getter-Aktivierung
nötig, die bekannt ist, z .B. vom Herstellungsverfahren von Rundfunkröhren.
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Der Sauerstoffdetektor 2 ist im wesentlichen aus einem Metalldraht,
z.B. Eisen oder Wolfram, gebildet, der durch °2 oxidierbar ist, one jedoch eine
passiviorende Oxid-Oberflächenhaut zu bilden. Der durch Oxidation sich andernde
elektrische widerstand des Metalldrahtes ist meßbar und erfindungsgemäß auswertbar.
Es ist vorteilhaft, einen derartigen Sauerstoffdetektor 2 derart auszubilden, daß
bei Raumtemperatur lediglich eine vernachlässigbare Oxidation stattfindet, während
bei höherer Tenrperatur, z.B. 6po bis 1000 K, je nach 02-Gehalt des Isoliergases
eine meßbare Oxidation einsetzt. Eine derartige Temperaturerhöhung ist möglich,
z.B. durch zeitlich kontinuierliches oder zeitlich getaktetes Heizen des Metalldrahtes.
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Eine besonders kostengünAtige und zweckmäßige Ausführungsform eines
derartigen Sauerstoffdetektors 2 sowie einer zugehörigen Auswerteeinheit besteht
darin, den Metalldraht mittels direkten Stromdurchgang derart zeitlich kontinuierlich
oder getaktet aufzuheizen, daß ein Sauerstoffeinbruch infolge eines Glasbruches
ein sehr schnelles Durchbrennen des Metalldrahtes bewirkt, wobei die Durchbrennzeit
z.B. kleiner als 0,5 sek. ist.-Eine derartig kurze Durchbrennzeit ist dadurch erreichbar,
daß der etalldraht mit eiern im wesentlichen konstanten elektrischen Strom betrieben
wird. Diesos ist auf einfache Weise möglich, z.B. mit Hilfe eines elektrischen Vorschaltwider-
standes,
der einen wesentlich höheren Widerstandswert besitzt als der Metalldraht.Ein durchgebrannter
Metalldraht ist sehr sicher feststellbar, z.B. durch eine plötzlich verminderte
elektrische Stromstärke. Es ist vorteilhaft, mindestens zwei derartige Sauerstoffdetektoren
2, auch Cldrte gonannt, zur Überwachung einer Isolierglasscheibe einzusetzen und
lediglich dann einen Alarm auszulösen, wenn mindestens zwei Glühdrähte im wesentlichen
gleichzeitig durchbrennen (Koinzidonzschnltung ). Brennt lediglich ein Glühdraht
durch, so handelt es sich z.B.
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um eine Schwachstelle eines Glühdrahtes. Je mehr derartige Glühdrähte
in einer Koinzidenzschaltung zur Überwachung einer Isolierglasscheibe eingesetzt
werden, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarmes, Für eine derartige
Koinzidenzschaltung ist es lediglich notwendig, daß die Glühdrähte im wesentlichen
elektrisch voneinander unabhängig sind. Zwei derartige Glühdrähte sind beispielswei
se dadurch herstellbar, daß ein Metalldraht mit einer Nittolanzapfung verwendet
wird. Ein weiterer Vorteil eines Glühdrahtes als Sauerstoffdetektor besteht darin,
daß der Sauerstoffdetektor abschaltbar ist, z.B. bei Montagearbeiten oder einem
sogenannten überwachten Tagbetrieb.
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Der Er.findungsgedanke ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt,
sondern umfaßt weitere Ausführungsformen, z.B. Halbleiter-Sauerstoffdetektoren,
organische 02 Getter. Außerdem ist die Erfindung zur Überwachung beliebig geformter
Hohlräume geeignet, z.B. der Wärmeisolierung von sogenannten Dewar-Gefäßen. Weiterhin
kann das Bauelement 5 als auswechselbare Einheit gestaltet sein, so daß z.D. ein
defekter Hohlkörper nach seiner Reparatur erneut überwacht werden kann.