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Die Erfindung betrifft einen Feuerdetektor mit einer einen
optischen Rauchsensor enthaltenden Kammer.
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Derartige optische Sensoren sind weitgehend bekannt und
enthalten im allgemeinen eine Licht-emittierende Diode (LED) als
Quelle und eine Fotodiode als Empfänger, die in einer Kammer
angeordnet sind, die für Rauch aus der Umgebungsatmosphäre
zugänglich ist. Innerhalb der Kammer sind die optischen Hauptachsen
der Quelle und des Empfänger im allgemeinen unter einem Winkel
zueinander angeordnet. Diese Achsen treffen einander in einem
zentralen Bereich der Kammer, wo vorzugsweise das Auftreten von
Rauch erfolgt und am empfindlichsten detektiert werden kann.
Der genannte Winkel liegt in einer vertikalen Ebene, wenn der
Detektor in bekannter Weise an einer Zimmerdecke montiert ist,
und stellt sicher, daß es keinen direkten Licht-Übertragungsweg
zwischen der Quelle und dem Empfänger gibt. Es werden
Vorsorgemaßnahmen getroffen, um den Empfänger erreichende
Streureflexionen von der Quelle zu verringern. Die GB 2 137 338 A, US 4 642
471 und US 4 099 065 zeigen derartige Geräte mit
unterschiedlichen Schnittwinkeln in der vertikalen Ebene zwischen den
optischen Achsen des Lichtsenders und des Detektors von ungefähr
135º und 145º. Geringe Fehler in der Ausrichtung der vertikalen
Achsen werden in der GB 2 137 3381 A behandelt und können bis zu
2,5º betragen. Diese Fehler sind nicht schwerwiegend und nicht
derart, daß sie eine nennenswerte seitliche Fehl-Ausrichtung der
Achsen von einem zentralen Firstteil verursachen, selbst wenn
sie anwesend sind. Weiterhin wird ein Schnittwinkel größer als
145º in der bekannten Konstruktion nicht empfohlen, da dieser
das von dem Detektor empfangene Rauschen erhöhen würde, was eine
"Fehlauslösung" bewirken kann.
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Feuerdetektoren mit derartigen optischen Sensoren stellen eine
Zahl von Schwierigkeiten in der Wirkungsweise dar. Der Rauch
dringt im allgemeinen über ein Gitter in die Kammer ein. Es ist
nicht möglich, eine Gitterabmessung zu finden, die genügend
klein ist, um das Eindringen von winzigen Insekten zu
verhindern, die Lichtbrechungen verursachen und einen Fehlalarm
auslösen können. Außerdem ergibt die bekannte Anordnung des
Gitters keine konsistent wiederholbaren Ergebnisse in der
Detektion von Rauch, die in Gasströmen mitgeführt werden, die
aus unterschiedlichen Richtungen in der vertikalen Ebene auf den
Detektor auftreffen. Derartige unterschiedliche Richtungen
resultieren im allgemeinen aus einer Änderung in der
Geschwindigkeit der Ströme.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen
Feuerdetektor mit einer verbesserten Detektions-Eigenschaft zu
schaffen, der einen in einer Kammer angeordneten Lichtsensor
aufweist, und zwar derart, daß durch Objekte wie Insekten
ausgelöste Fehlalarme minimiert werden.
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Gemäß der Erfindung ist ein Feuerdetektor vorgesehen zum
Anbringen auf einer Befestigungsfläche wie einer Zimmerdecke
mit einer zur Umgebungs-Atmosphäre offenen Kammer mit einer
Grundfläche, von der ein peripherer Bereich in einer Ebene
vorzugsweise parallel mit der Fläche liegt, wenn der Detektor
daraufangebracht ist, wobei die Grundfläche innerhalb des
peripheren Bereiches mit einem Paar von entgegengesetzt
geneigten Aussparungen ausgebildet ist, die einander an einem im
allgemeinen zentralen Firstteil treffen, das sich seitlich von
den Aussparungen über die Grundfläche erstreckt, und wobei an
dem von dem Firstteil entfernten Ende einer Aussparung eine
Lichtquelle befestigt ist, deren optischer Hauptweg entlang der
Aussparung gerichtet ist, und an dem von dem Firstteil
entfernten Ende der anderen Aussparung ein Lichtempfänger
befestigt ist, dessen optischer Hauptweg entlang der Aussparung
gerichtet ist.
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Dabei ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die
optischen Hauptwege je einen derart unterschiedlichen Winkel mit der
Ebene bilden, daß die optischen Achsen der Quelle und des
Empfängers einander unter einem Winkel zwischen 170º und 135º an
einer Stelle innerhalb der Kammer treffen, die seitlich zu dem
Firstteil nennenswert versetzt ist, und daß die optischen
Hauptwege in einer Ebene parallel zu der den peripheren Bereich
enthaltenden Ebene um einen Winkel zwischen 3º und 12º
gegeneinander geneigt sind.
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Die Erfindung wird nunmehr an einem Beispiel mit Bezug auf die
beigefügte Zeichnung erläutert, in der bedeuten:
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Fig. 1 eine Seitenansicht eines an einer Zimmerdecke befestigen
Feuerdetektors,
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Fig. 2 eine Ansicht in einem größeren Maßstab eines Detektors
von Fig. 1 entlang X-X von Fig. 1 und teilweise in
unterschiedlichen radialen Bereichen, und
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Fig. 3 eine Draufsicht auf die Grundfläche der Kammer des
Detektors von Fig. 2.
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In der Zeichnung enthält der Feuerdetektor einen becherförmigen
Körper 1 zur Befestigung an einer Zimmerdecke 2, eine Kammer-
Grundfläche, allgemein bei 3 dargestellt, und eine Abdeckung 4,
die ein im allgemeinen flaches ringförmiges Gitter 5 enthält,
wobei die Abdeckung und die Grundfläche zusammen eine Kammer 6
bilden. Der Querschnittsbereich der Öffnungen in dem Gitter
beträgt im allgemeinen weniger als 1 mm², um viele der Insekten,
die einen Feuer-Fehlalarm auslösen, abzuhalten. Jedoch darf die
Gitterabmessung nicht zu klein sein, da dann der Raucheintritt
ernsthaft beeinträchtigt ist.
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Der Körper 1 enthält ein aufschnappbares Gehäuse 7 mit einer
Stütze 8 mit Backen 9 und 10, die die radiale Kante einer
gedruckten Leiterplatte 12 umfassen. Die Backen sind beide mit
flexiblen elektrischen Wischkontakten 13 versehen, die
entsprechende (nicht dargestellte) feste Kontakte auf der
Leiterplatte 12 erfassen.
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Die Kammer-Grundfläche 3 ist rund hat einen flachen peripheren
Bereich 14 mit einer nach oben weisenden Wand 15, deren oberer
Teil eine nach innen gerichtete Schulter 16 aufweist. Innerhalb
des Bereiches 14 hat die Grundfläche einen Firstteil 17, der
gegenüber dem Durchmesser der Grundfläche versetzt ist. Die obere
Oberfläche 18 des Firstteils liegt in der Ebene der oberen
Oberfläche des Bereiches 14, und, wie Fig. 3 zeigt, ist das
Firstteil schräg zulaufend von einem schmalen Ende 19 zu einem
breiteren Ende 20 ausgebildet und mit einer auf ähnliche Weise
schräg zulaufenden zentralen Nut 21 versehen. Es sei bemerkt,
daß die Mittellinie der Nut nicht nur gegenüber dem Durchmesser
der Grundfläche versetzt ist, sondern auch in einem geringen
Winkel, z. B. ungefähr 2º zu dem Durchmesser liegt.
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Auf jeder Seite des Firstteils 17 läuft die Grundfläche bei 22
und 23 schräg in flache Teile 24 und 25 aus. Eine erste
Aussparung 26 ist in der Neigung 22 und dem flachen Teil 24 geformt
und endet bei 27. Eine zweite Aussparung 28 ist in der Neigung
23 und dem flachen Teil 25 geformt und endet bei 29. Wie Fig. 3
zeigt, liegt die Aussparung 26 auf einer diametralen Linie 30,
während die Aussparung 28 gegenüber dieser Linie um einen Winkel
A geneigt ist, der zwischen 3º und 12º liegen kann und
vorzugsweise zwischen 3º und 5º oder etwa 4º liegt.
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Der Winkel B zwischen der Mittellinie der Aussparung 26 und der
den Bereich 14 enthaltenen Ebene beträgt vorzugsweise etwa 20º.
Der Winkel C zwischen der Mittellinie der Aussparung 28 und der
den Bereich 14 enthaltenden Ebene beträgt vorzugsweise etwa 16º.
Der Winkel zwischen den Mittellinien der Aussparungen liegt
zwischen 170º und 135º und vorzugsweise zwischen 150º und 140º.
Teilkreisförmige abgestufte Teile 31 erstrecken sich um die
Neigungen 22 und 23 herum und treffen mit dem inneren Umfang des
Bereiches 14 zusammen.
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Die gedruckte Leiterplatte 12 trägt Stützen 32 und 33 mit
Aussparungen 34 und 35 mit einer im allgemeinen Becherform, die
jeweils mit Lippen 36 und 37 ausgebildet sind. Diese werden
erfaßt durch Haken 38 und 39 auf der Grundfläche 3, um letztere
und die Platte 12 zusammenzuhalten. Die Kante 11 bildet in der
Platte 12 Teil einer Aussparung 40 darin, und die untere
Oberfläche der Grundfläche 3 hat angeformte Wände 41, 42 und 43,
die in Größe und Form dem Umfang der Aussparung 40 entsprechen
und dazu dienen, mit der Platte 12 einen dichten Abschluß zu
bilden und sich an die Stütze 8 anzupassen.
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Wenn die Grundfläche 3 und die Leiterplatte 12 miteinander
verbunden sind, liegt die Aussparung 34 in Übereinstimmung und
in Berührung mit dem Ende 27 der Aussparung 26, und die
Aussparung 35 liegt in Übereinstimmung und in Berührung mit dem
Ende 29 der Aussparung 28. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die
Aussparung 34 mit inneren Stufen 44 versehen, und eine (nicht
dargestellte) Fotodiode liegt am Grund der Aussparung. Ihr
optischer Hauptweg ist über eine doppelte konvexe
Kunststofflinse 45 entlang der Mittellinie der Aussparung 26
gerichtet. Die Aussparung 35 ist mit einer Licht aussendenden
Diode 46 versehen, deren optischer Hauptweg entlang der
Mittellinie der Aussparung 28 gerichtet ist. Diese Mittellinien
treffen einander bei D an einer Stelle, die nach oben und
seitlich von dem Firstteil 17 beabstandet ist. Die Diode 46 ist
vorzugsweise vom Gallium-Aluminium-Arsenid-Typ, die eine
Strahlung mit einer geringeren Wellenlänge als die im
allgemeinen benutzte (880 nm anstelle von 950 nm) aussendet.
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Die Stützen 32 und 33 tragen Paare von Säulen 47, 48 und 49, 50,
die sich jeweils durch Schlitze 51 und 52 in der Grundfläche 3
erstrecken. Thermistoren 53 sind über jedem Paar von Säulen
montiert, und ihre Anschlüsse wie bei 54 erstrecken sich nach
unten auf die Leiterplatte 12 und halten diese ortsfest. Es sei
bemerkt, daß die oberen Teile der Thermistoren in der gleichen
Höhe liegen mit der Schulter 16 der Wand 15 und in Berührung mit
dem Gitter 5 stehen.
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Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, erstreckt sich eine
Zahl von nach innen gerichteten, geneigten Stützpfeilern 55
radial in das Innere der Wand 15; zwischen diesen Stützpfeilern
sind an der Grundfläche 3 über den Umfang verlaufende Firstteile
56 angeformt. (Diese Firstteile sind in Fig. 2 nicht gezeigt)
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Eine Platte 57, die mit einer Aussparung 58 in Übereinstimmung
mit der Aussparung 40 in der Leiterplatte 12 ausgebildet ist,
steht an einigen Stellen (nicht dargestellt) entlang ihres
Umfanges mit der Leiterplatte in Berührung und ist mit der
Platte und dem Grundteil 3 durch eine Zahl von Armen wie bei 59
verbunden, die abgewinkelte Enden 60 aufweisen, die von der
Grundfläche getragen sind und die Platte erfassen. Auf diese
Weise können das Grundteil, die Leiterplatte und die Platte als
eine Einheit angeordnet und verarbeitet werden.
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Die Kammer 6 ist durch eine Kappe 61 geschlossen, die eine
umlaufende Wand 62 mit einem nach außen gerichteten umlaufenden
Rand 63 zur Aufnahme des inneren Umfangs des Gitters 5 aufweist.
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Die untere Oberfläche 64 der Kappe 61 ist mit einer Reihe von
teilweise über den Umfang verlaufenden Firstteilen versehen.
Diese enthalten Oberflächen 65a, b, c, d, e und f mit einem
abnehmenden Radius und sind auf das optische Zentrum der Diode
46 zentriert. Diese Oberflächen sind außerdem unter
verschiedenen Winkeln zu der Oberfläche 64 geneigt. Um eine
genaue Lage der Kappe 61 sicherzustellen, ist eine Anzahl von
asymmetrisch verteilten Pflöken 66 mit Teilen 67 verringerten
Durchmessers vorgesehen, die in (nicht dargestellte) Sacklöcher
in der Grundfläche 3 eingreifen.
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Die Abdeckung 4 enthält ein Oberteil 68, das die obere
Oberfläche 69 der Kappe 61 erfaßt und einen nach unten gerichteten Rand
70 enthält, der die Wand 62 umgibt und den inneren Umfang des
Gitters 5 gegen den Rand 63 klemmt. An seinem äußeren Umfang ist
das Oberteil 68 mit einem Teil 71 versehen, das sich von dem
Rand 70 nach außen erstreckt, und eine Zahl von beabstandeten
radialen Ansätzen 72 und Rippen 73 mit erhöhter Breite verbinden
das Oberteil 68 mit einem umlaufenden Teil 74. Die Ansätze 72
sind mit Rippen 75 geformt, um den äußeren Umfang des Gitters 5
gegen die Schulter 16 und die Stützpfeiler 55 zu klemmen. Die
Abdeckung 4 ist mit der Grundfläche 3 über eine Reihe von
Schnappverbindungs-Teilen wie 76 verbunden, die vergrößerte
Köpfe 77 aufweisen, die sich durch Öffnungen 78 in der
Grundfläche 3 erstrecken. Diese Anordnung hält das Gitter 5 und die
Kappe 61 fest gegen die Grundfläche 3.
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Die Platte 56 ist über ihren Umfang mit einer Zahl von
Befestigungsmitteln versehen wie bei 79, die durch Verdrehen mit Teilen
wie 80 an dem Körper 1 in Eingriff gelangen. Die Aussparungen 40
und 58 in der Leiterplatte 12 und der Platte 57 ermöglichen es,
daß der Pfeiler 8 angepaßt ist, während die Drehbewegung
zwischen dem Körper 1 und dem übrigen Teil des Detektors die
Platte 57 an dem Körper sowohl festlegt und löst und zur selben
Zeit die Kontakte 13 erfaßt oder sich von diesen trennt.
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Es sei bemerkt, daß die Leiterplatte 12 und das Gehäuse 7
elektrische Leitungen enthalten sowie die gegebenenfalls
erforderliche Schaltung und daß das Gehäuse 7 ebenso (nicht
dargestellte) durch den Körper 1 zugängliche Anschlußklemmen
aufweist.
Wenn erwünscht, können die Leiterplatte 12 und das
Gehäuse 7 den erforderlichen Mikrocomputer sowie andere
Schaltungen enthalten, die in unserer schwebenden Anmeldung 8431883,
nunmehr britisches Patent Nr. 2 168 517, beschrieben sind.
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Wie hinlänglich bekannt, wird eine Brechung der Strahlung von
der Diode 46 durch Rauch-Partikel in der Kammer 6 und
insbesondere in deren Bereich D durch die Fotodiode in der Aussparung 34
detektiert. Die Anwendung einer Diode auf der Basis vom Gallium-
Aluminium-Arsenid bei einer kürzeren Wellenlänge als sonst
üblich ist dabei wichtig, da der Zusammenhang zwischen der
Brechung und der Wellenlänge eine inverse Funktion vierter
Potenz ist. Die Fotodiode in der Aussparung 34 enthält
vorzugsweise ein Bandpaß-Filter, um die Abweisung von Umgebungslicht zu
unterstützen, das in die Kammer 6 eindringen kann. Licht kann
nicht in dem Sinne direkt in die Kammer 6 eindringen, daß es
direkt auf die Fotodiode trifft, jedoch kann ein geringer Pegel
durch mehrfache Reflexionen dennoch eindringen.
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Ein Hauptmerkmal dieser Konstruktion ist die Verringerung von
Brechungen und Reflexionen des Lichtes von der Diode 46 in der
Kammer 6 auf einen definierten konstanten Wert, wenn kein Rauch
vorliegt. Der definierte konstante Wert ermöglicht eine
periodische oder ständige Überwachung der Wirkungsweise des
gesamten Sensors.
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So sind die inneren Oberflächen der Kammer 6 mit einer schwarzen
Oberflächenstruktur versehen, um Streulicht-Reflexionen zu
verringern. Diese werden weiter verringert durch die Anwesenheit
der Teile 31, der Stufen 44, der Firstteile 56 und der
Oberflächen 56a-f.
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Der gewünschte niedrige Brechungswinkel von 10º (d. h. wenn sich
die optischen Hauptwege unter 170º treffen) wurde in einer Reihe
von Versuchen ermittelt. In der Praxis haben wir einen
nennenswerten Vorteil gegenüber bekannten Konstruktionen mit
Brechungswinkeln bis zu 45º herausgefunden. Die unterschiedlichen Winkel
zwischen den Lichtwegen und der Ebene des Bereiches 14 der
Grundfläche 3 zusammen mit der exzentrischen Anordnung des
Firstteils 17 und der Winkel A ermöglichen es, einen geringeren
Brechungswinkel zu erreichen, während ein direkter Empfang der
von der Diode 46 ausgehenden Strahlung durch die Fotodiode
vermieden wird. Die Nut 21 hilft dabei, störende Brechungen
durch kleine Insekten zu verhindern, die sich auf dem zentralen
Teil der Oberfläche 18 befinden. Wenn die Nut 21 nicht vorhanden
wäre, würde ein kleines Insekt bestimmter Größe am Zentrum der
Oberfläche 18 mehr Brechung erzeugen als dasselbe Insekt an der
Kante der Oberfläche.
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Die Anwesenheit des Thermistors 53 erhöht die
Gesamt-Empfindlichkeit des Detektors auf Feuer und erhöht ebenso den
Typenbereich von verschiedenen Feuersorten, die detektiert werden
können. Das Gitter 5 wirkt zusätzlich als ein Wärmesammler für
die Thermistoren, die parallel geschaltet sind, da, weil sie
nichtlineare Teil sind, jeweils die mit der höheren Temperatur
dominiert. Die Ansätze 72 ragen nicht über die ringförmigen
Zwischenräume zwischen den Rippen 73 und dem Rand 70 hinaus, so
daß ein ringförmiger, zu dem Gitter 5 freigelegter Zwischenraum
81 es heißer Luft ermöglicht, um den Zwischenraum 81 zu fließen
und das Gitter 5 über einen größeren Bereich zu berühren und
dadurch jegliche Abhängigkeit von gerichteter Annäherung an die
horizontale Ebene zu verringern.
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Wenn der Detektor, wie in Fig. 1 gezeigt, an einer Zimmerdecke 2
montiert ist, gelangt in einem Luftstrom geringer
Geschwindigkeit mitgeführter Rauch durch Konvektion nach oben durch das
Gitter 5. Wenn die Luftgeschwindigkeit groß ist (über 0,1 m/s),
wird ein nennenswerter Teil dieser Luft entlang der Oberfläche
der Zimmerdecke fließen. In diesen Fällen wird dann die Luft
durch das Teil 71 und den Rand 70 (Fig. 2) abgelenkt, so daß
eine Komponente davon senkrecht durch das Gitter fließt. Diese
Ablenkung wird durch die Ansätze 72 und die Rippen 73 unterstützt.
Durch die vorliegende Erfindung wurde herausgefunden, daß selbst
bei geringen Luftgeschwindigkeiten die Konzentration von Rauch
innerhalb der Kammer 6 höher sein kann als diejenige des
außerhalb der Kammer fließenden Luftstroms.
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Es sei bemerkt, daß, wenngleich oben beschrieben, ein Gitter 5
vorgesehen ist, dieses in Bereichen auch weggelassen werden
kann, in denen Insekten nicht lästig sind oder wo andere Mittel
angewendet werden, Fehlauswertungen durch Insekten zu
identifizieren.