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Die Erfindung betrifft Partikel- oder Gasdetektoren mit einer
einen Sensor enthaltenden Kammer. Der Detektor kann ein
Feuerdetektor und der Sensor ein Sensor für Verbrennungsprodukte
sein.
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Bisher bekannte Feuerdetektoren enthalten Rauchsensoren, die
z.B. ein optischer Sensor oder ein Ionisationsdetektor sein
können. Für den Feuerdetektor ist es üblich, diesen an einer
flachen Oberfläche wie einer Zimmerdecke zu befestigen. In
solchen Fällen ist es bekannt, daß ein nennenswerter Anteil von
Rauch enthaltenden Gasströmen in verschiedenen Richtungen im
wesentlichen horizontal entlang der Zimmerdecke verläuft.
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Daher war es in der Vergangenheit üblich, entweder in dem
Detektor öffnungen vorzusehen, die sich in Ebenen senkrecht zu
der Oberfläche der Zimmerdecke erstrecken, oder die Kammer mit
einem zylinderförmigen oder kuppelähnlichen Gitter zu versehen,
das eine genügend kleine Gitterabmessung aufweist, die das
Eindringen von allen außer den kleinsten Insekten verhindert. In
jedem Fall wäre ein entlang der Oberfläche der Zimmerdecke
fließender Rauch in der Lage, über eine Öffnung, die sich in
rechten Winkeln zu dem Laufweg des Rauches erstreckt, oder über
einen entsprechend angeordneten Teil des Gitters in die Kammer
einzudringen.
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Probleme entstehen jedoch bei Rauch, der sich in anderen
Richtungen und unter einem Winkel zu der Befestigungsoberfläche
bewegt. Im allgemeinen resultieren unterschiedliche Richtungen
in dem Laufweg eines Rauch enthaltenden Gasstromes aus
Änderungen in der Geschwindigkeit des Stromes. Bei einem auf
einer Zimmerdecke befestigten Feuerdetektor hat Rauch, der durch
einen langsamen Gasstrom (im allgemeinen Luft), z.B. mit weniger
als 0,1 m/s getragen wird, die Neigung, durch Konvektion
senkrecht nach oben geführt zu werden. Wenn die
Luftgeschwindigkeit höher ist als ungefähr 0,1 m/s, hat der
Rauch die Neigung, in einer Richtung im allgemeinen parallel zu
der Zimmerdecke zu fließen, wie oben beschrieben.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten
Partikel- oder Gasdetektor zu schaffen, der geeignet ist, bei
Änderungen in der Geschwindigkeit des gasförmigen Mediums
konsistentere Ergebnisse als bisher zu erzielen.
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Die Erfindung geht aus von einem Partikel- oder Gasdetektor zur
Montage an einer flachen Oberfläche wie einer Zimmerdecke mit
einer Kammer, die einen Sensor enthält und über eine oder
mehrere nach unten weisende Öffnungen zwischen Wandteilen zur
Umgebungsatmosphäre offen ist, wobei die Öffnung(en) sich
allgemein in einer Ebene oder in Ebenen parallel zu der
Montageoberfläche erstrecken.
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Die Erfindung ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des
Gehäuses des Detektors sich bis außerhalb der Öffnung oder
Öffnungen erstreckt und so geformt ist, daß wenigstens ein Teil
eines im allgemeinen parallel zu der Ebene oder den Ebenen der
Öffnung(en) fließenden Gasstroms geringer Geschwindigkeit
dadurch nach oben senkrecht zu deren Ebene abgelenkt wird.
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Die Erfindung wird nunmehr an einen Beispiel mit Bezug auf die
beigefügte Zeichnung erläutert, in der bedeuten:
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Fig. 1 eine Seitenansicht eines an einer Zimmerdecke
befestigten Feuerdetektors,
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Fig. 2 einen Querschnitt 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 allgemeine weniger als 1 mm², um viele der Insekten,
die einen Feuer-Fehlalarm auslösen, abzuhalten. Jedoch darf die
Gitterabmessung nicht zu klein sein, 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 ein Firstteil 17, das
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
breiten 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 enthaltenden 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.
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Teilkreisförmige abgestufte Teile 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 aussenden 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-Alluminium-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.
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, 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 Pflöcken 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 ein 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 von 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 direckt auf die 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 Konvenktion 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, wie oben beschrieben, der
Feuerdetektor ein Gitter 5 enthält, ein derartiges Gitter in den
Fällen nicht wesentlich ist, in denen Insekten kein Problem
darstellen oder wo anstelle eines Feuerdetektors die Erfindung
bei anderen Gasdetektoren angewendet wird.