DE69124165T2 - Lichtübertragender Stab für einen Funken-Detektor - Google Patents

Lichtübertragender Stab für einen Funken-Detektor

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Description

    Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen im Bereich der Lichtübertragung eines Funkendetektorsystems und ist insbesondere auf eine leicht austauschbare lichtübertragende Stabanordnung zum Koppeln von Infrarotenergie mit einem photoelektrischen Sensorelement in einem derartigen System gerichtet.
  • Herkömmliche Funkenerfassungs- und löschsysteme, wie sie z. B. in den USA durch die Firma Clarke's Sheet Metal, Inc. (die gegenwärtigen Anmelder) und Fagus-Grecon, Greten GmbH & Co. KG verkauft werden, verwenden einen faseroptischen "Polyp", welcher aus Lichtwellenbündeln besteht, die an einem Ende zwecks Bildung eines einzigen Ausgangs wie ein Stamm miteinander verbunden und am anderen Ende in mehrere (typischerweise drei) Glieder aufgeteilt ist, welche als Einlässe oder Photoenergiesammler zum Koppeln photoelektrischer Energie, wie z. B. der thermischen, in einer überwachten Zone oder in einem überwachten Bereich durch einen Funkten erzeugten Energie, mit einem Sensorelement zum Umwandeln dieser Energie in ein eleksisches Signal zum Verarbeiten durch das Funktendetektor- und löschsystem dienen.
  • Herkömmlicherweise sind drei Eingangs-Lichtwellenbündel, die mit einem einzigen Ausgang gekoppelt und kreisförmig um den Umfang eines Bereichs, voneinander beabstandet, angeordnet sind, erforderlich, um ein Gebiet wirksam überwachen zu können. Typischerweise werden solche Systeme in Blasrohren und Rohrleitungen, welche nachfolgend Leitungen genannt werden, verwendet, durch welche feines, partikelförmiges Material, wie z. B. Holzpartikel oder Getreide, mit hoher Geschwindigkeit pneumatisch gefördert werden. Bei derartigen Anwendungsfällen kann das Auftreten eines Funkens, welcher z. B. durch eine Reibbewegung eines Fremdkörpers gegen die Innenflächen der Rohrleitung verursacht wird, zu einer Explosion und/oder Feuer mit zerstörenden Wirkungen führen, falls dieser nicht schnell erfaßt und ausgelöscht wird. Systeme der vorerwähnten Art wurden deshalb zum Überwachen einer oder mehrerer Zonen auf das Auftreten von Funkten entwickelt, durch welche Zonen das partikelförmige Material strömt, um dann, wenn ein Funke erfaßt wird, geeignete Mechanismen, wie z. B. Wassersprühventile, zu betätigen, um den Funken auszulöschen und ferner einen Alarm ertönen zu lassen.
  • Wie angegeben, werden die vorerwähnten Polypen als Aufnehmer- oder Eingangsvorrichtung zum Koppeln der thermischen Energie eines durch einen Funkten erzeugten Infarot- oder nahe- zu Infrarotspektrums mit einem photoelektrischen Sensorelement verwendet, welches die erfaßte Energie in ein elektrisches Signal umwandelt. Diese Polypvorrichtungen haben jedoch gewisse Nachteile, die ihre Wirksamkeit ebenso wie die Leichtigkeit und die Kosten ihrer Wartung und Reparatur beschränken. Eines der Hauptnachteile der herkömmlichen Polypkonstruktion von Lichtwellenbündeln besteht z. B. darin, daß, falls einer der Schenkel des Polyps beschädigt wird, die Einheit in ihrer Gesamtheit zu ersetzen ist. Zusätzlich zu den dafür benötigten Kosten ist das Ersetzen einer Polypeinheit relativ zeit- und arbeitsaufwendig, da die Eingangs- oder Gliedenden, welche typischerweise drei umfassen, die für ein wirksames Abdecken einer Überwachungszone erforderlich sind, jeweils einzeln ersetzt und dann die Glieder eines Austauschpolyps an jedem Ort anstelle des beseitigten Gliedes installiert werden müssen.
  • Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Polypanordnung besteht darin, daß, wie zuvor erwähnt, drei notwendig sind, um einen einzigen Bereich wirksam abdecken zu können, da der Sichtwinkel eines einzigen faseroptischen Gliedes lediglich etwa 65 beträgt.
    • Zussammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ist auf eine verbesserte Vorrichtung in Form einer austauschbaren lichtübertragenden Stabanordnung zum Überwachen eines zu beobachtenden Bereichs und zum Koppeln der thermischen Energie eines erfaßten, den Bereich passierenden Funkens mit einem photoelektrischen Sensor gerichtet, wobei die typische Verwendung in einem Funkenerfassungs- und -löschsystem der beschriebenen Art erfolgt. Bei der Erfindung wird anstelle des herkömmlichen Lichtwellenpolyps eine lichtübertragende Stabanordnung verwendet. Zusätzlich zu den Vorteilen beim Betrieb eines lichtübertragenden Stabes im Vergleich zu einem Lichrwellenbündel entsprechender Größe und Länge, nämlich einer höheren Empfindlichkeit und geringeren Kosten, ist die lichtübertragende Stabanordnung im Falle des Brechens oder eines anderen Versagens leicht auszutauschen, und dies kann ohne einen erforderlichen Zugang zu den anderen lichtübertragenden Stabanordnungen, welche andere Abschnitte desselben Bereichs überwachen, durchgeführt werden.
  • Es ist deshalb eine hauptsächliche Aufgabe der erfindungsgemäßen Ausführungsformen, bei einem Funkenerfassungs- und -löschsystem eine verbesserte Einrichtung zum Koppeln der durch einen eine beobachtete Zone passierenden Funken erzeugten Photoenergie mit einem Photosensorelement zum Umwandeln der thermischen Energie des erfaßten Funkens in ein elektrisches Signal zu schaffen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der erfindungsgemäßen Ausführungsformen, eine Kopplungseinrichtung der beschriebenen Art zu schaffen, welche im Gebrauch hinsichtlich der Anschaffungskosten, des Bereichs der Sichtwinkelwirksamkeit und des Austausches vorteilhafter als die herkömmlich für diesen Zweck verwendeten Lichtwellenpolypen ist.
  • Es ist ein Hauptmerkmal der erfindungsgemäßen Ausführungsformen, eine lichtübertragende Stabanordnung zu verwenden, welche im Falle eines Ausfalls ebenso wie die Einrichtung zum Koppeln der thermischen Energie eines erfäßten Funkens mit einem photoelektrischen Sensorelement leicht ersetzbar ist.
  • Die US-A-2 567036 zeigt eine Flammen-Aussetzer-Vorrichtung mit einer lichtübertragenden Einrichtung (10), welche einen rohrförmigen Körper (11) umfäßt, durch den sich ein Stab (28) zum Übertragen von Licht zu einer Photoröhre (8) erstreckt. Ein Anschluß (14) ist in einer Öffnung in der Wand (15) einer Kammer (1) befestigt, und der rohrförmige Körper (11) ist in den Anschluß (14) eingeschraubt.
  • Die DE-A-3 017 144 zeigt eine lichtübertragende Einrichtung (48), welche eher aus einer großen Anzanl optischer Fasern (als aus einem starren Stab mit optischen Übertragungseigenschaften im Infrarotbereich wie bei der vorliegenden Erfindung) gebildet ist, deren eines Ende an ein zweiseitiges, lichteinlassendes Fenster anstößt.
  • Erfindungsgemäß wird eine lichtübertragende Stabeinrichtung zum Koppeln von Photoenergie, welche in einer interessierenden Zone erfaßt wird, die zumindest teilweise durch einen Wandkörper festgelegt ist, mi einer Photosensorvorrichtung geschaffen, welche eine solche Energie in ein elektrisches Signal umwandelt, wobei die Anordnung einen länglichen, starren Stab mit optischen Übertragungseigenschaften im Infrarotspektrum, eine Scheibe aus Quarzglas, welche optisch mit einem Ende des Stabes gekoppelt ist, außweist, die Photosensorvorrichtung mit einem Ende des Stabes verbunden ist und eine Einrichtung zum Anbringen an dem Wandkörper in der Nahe der darin befindlichen Öffnung vorgesehen ist, wobei die Einrichtung den Stab und die Scheibe in fixierten Stellungen relativ zueinander und zu dem Bereich herausnehmbar hält.
  • Erfindungsgemäß ist ferner eine lichtübertragende Stabanordnung zum Koppeln der Photoenergie mit einer Photosensorvorrichtung vorgesehen, welche eine derartige Energie in ein elektrisches Signal umwandelt, wobei die Anordnung einen länglichen, starren Stab mit optischen Übertragungseigenschaften im Infrarotspektrum, eine im wesentlichen kreisförmige Scheibe aus Quarzglas eine runde, die Scheibe haltende Endkappe sowie eine rohrförmige Buchse aufweist, in der der Stab untergebracht ist, wobei die Buchse an ihrem einen Ende zum abnehmbaren Zusammenwirken mit der Kappe nut einem Gewinde versehen ist, um die Scheibe und den Stab in einer optisch miteinander verbundenen Stellung zu halten.
  • Die vorerwähnten und anderen Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leichter im Hinblick auf die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung verstanden.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf ein Paar Funkenerfassungsensoren, welche jeweils mit lichtübertragenden Stabanordnungen der vorliegenden Erfindung verbunden sind, die derart angebracht sind, daß ein Bereich einer Förderleitwig überwacht wird;
  • Fig. 2 eine verkürzt dargestellte Draufsicht auf Details einer Ausführungsform der edindungsgemäßen lichtübertragenden Stabanordnung;
  • Fig. 3 eine Seitenansicht gemäß der Linie 3-3 der in Fig. 2 dargestellten lichtübertragenden Stabanordnung;
  • Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Endkappe, die einen Halter und ein Quarzglasfenster auffweist, welches den Eingang oder das energiesammelnde Ende der lichtübertragenden Stabanordnung befestigt;
  • Fig. 5 eine Seitenansicht gemäß der Linie 5-5 der in Fig. 4 dargestellten Endkappe;
  • Fig. 6 eine Drauffsicht auf die Führungsklemme, welche zum Halten der lichtübertragenden Stabanordnung an ihrer Stelle dient;
  • Fig. 7 einen Schnitt durch einen zusammengebauten Abschnitt des in einer Förderleitung eingebauten lichtübertragenden Stabes.
    • Genaue Beschreibung der Erfindung
  • Fig. 1 ist eine Förderleitung 10 gezeigt, durch die partikelförmiges Material, wie z. B. Sägemehl, mit hoher Geschwindigkeit unter der Wirkung eines Gebläses oder einer anderen pneumatischen Vorrichtung gefördert wird. Auf dem Umfang der Leitung 10 ist, diametral gegenüberliegend, ein Paar Vorrichtungen, jeweils allgemein mit 20 bezeichnet, zum Überwachen eines Bereichs der Leitung angeordnet, um darin das Auftreten eines Funkens zu erfassen. Jede der Vorrichtungen weist einen U-förmigen Haltearm 30 zum Aufnehmen einer lichtübertragenden Stabanordnung 40 und eines damit gekoppelten Sensorelements 50 auf. (Aufgrund des Sichtwinkels der lichtübertragenden Stabanordnung 40 von 100 ist es möglich, einen Leitungsbereich unter Verwendung von exakt zwei der Einheiten wirksam zu überwachen im Gegensatz zu den drei Lichtwellengliedern eines herkömmlichen dreigabeligen Polyps, welcher einen Sichtwinkel von nur etwa 65 hat.)
  • Die Sensoreinheit 50, welche mittels einer Führungsklemme 60 mit der lichtübertragenden Stabanordnung 40 gekoppelt ist, ist herkönmlicher Art und kann z. B. der von den Anmeldern unter der Teilebezeichnung 7001-00200 oder der von der Firma Fagus-Grecon unter der Teilebezeichnung FM 3/6 verkauften Art sein. Sie stellt keinen Teil der vorliegenden Erfindung dar. Wie in Fig. 6 gezeigt, weist die Führungsklemme 60 eine rechteckige Platte in Form eines geteilten Jochs mit einer kreisförmigen Öffnung 65 auf wobei ein Abschnitt 62 der Klemme durch Schrauben 66a, 66b fest mit dem Haltearm 30 und der andere Abschnitt 64 durch ein Paar selbsthemmender Bolzen 68a, 68b mit dem ersten Abschnitt verbunden ist.
  • Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, weist die lichtübertragende Stabanordnung 40 einen länglichen ummantelten Glasstab 42 auf, der in einem rohrförmigen Gehäuse 44 aus Teflon angeordnet ist. Der Stab 42 besteht aus optischem Glas, ist an beiden Enden poliert und bildet eine starre Lichtführung mit einem Sichtwinkel von etwa 100. Die optischen Übertragungseigenschaften eines Stabes mit einer Länge von 22,23 cm (8,75 inches) und einem Durchmesser von 0,8 cm (0,313 inches) liegen vorzugsweise im einzelnen in der Größenordnung von 69% bei 450 Nanometem (Infrarot) und 87% bei 700 Nanometern (nahe am Infrarotbereich). Der Glasstab 42 ist in dem Gehäuse 44 durch eine Setzschraube 46 befestigt. Beide Enden des Gehäuses sind mit einem Gewinde versehen, wobei das Eingangsende bzw. das Ende mit der hohen thermischen Energie in eine Endkappe 70 (in den Fig. 4 und 5 gezeigt), welche ein Quarglasfenster hält, eingeschraubt ist und das andere Ende bzw. das Ausgangsende in die Gewindeaufnahme 52 des Sensorelements 50 eingeschraubt ist.
  • Die Endkappe 70 besteht aus einem gedrungenen, rohrförmigen Haker 72 aus rostfreiem Stahl, in den mittels eines Klebstoff ein Quarzglasfenster oder Scheibenelement 74 eingelassen und befestigt ist. Die Endkappe wiederum ist gleitend in die innere Öffnung eines rohrförmigen Aufnahmeadapters 80 eingesetzt, welcher derart mit einem Außengewinde versehen ist, daß er mittels einer Mutter-Unterlegscheibe-Kombination 85 sicher in einer in der Wand der Leitung 10 ausgebildeten Öffnung eingebaut werden kann. Fig. 7 zeigt die vorerwähnten Elemente 42, 44, 70, 72 und 74 im zusammengebauten und in die Öffnung der Leitungswand eingebauten Zustand. Es wird darauf hingewiesen, daß ein schmaler Luftspalt zwischen dem Quarzfenster 74 und dem Ende des Glasstabes 42 bestehen kann.
  • Für den Fall, daß die lichtübertragende Stabanordnung (40) aufgrund eines Bruches oder dergleichen ausgetauscht werden soll, werden die selbsthemmenden Bolzen (68a, 68b) auf dem geteilten Joch der Führungsklemmenanordnung (60) gelöst, was ein gleitendes Entkoppeln der lichtübertragenden Stabanordnung (40) in ihrer Gesamheit von dem Aufnahmeadapter (80) ermöglicht. Nachdem der lichtübertragende Stab aus der Führungsklemme (60) herausgezogen ist, wird er anschließend von der Aufnahme (52) der Sensoreinheit (50) abgeschraubt, dann wird eine lichtübertragende Austausch-Stabanordnung darin wieder eingesetzt und die Einheit durch Umkehrung des vorerwähnten Verfahrens wieder installiert.
  • Die Begriffe und Ausdrücke, die in der vorstehenden Beschreibung verwendet worden sind, werden darin zum Zwecke der Beschreibung und nicht einer Eingrenzung benutzt. Es ist durch den Gebrauch solcher Begriffe und Ausdrücke nicht beabsichtigt, Äquivalente der gezeigten und beschriebenen Merkmale oder deren Teile aussuschließen. Es ist zu beachten, daß der Umfang der Erfindung ausschließlich durch die nachfolgenden Ansprüche festgelegt und begrenzt wird.

Claims (11)

1. Lichtübertragende Stabanordnung (40) zum Koppeln der Photoenergie, die in einem interessierenden, zumindest teilweise durch einen Wandkörper gebildeten Bereich erfaßt wird, mit einer Photosensorvorrichtung (50), welche eine derartige Energie in ein elektrisches Signal umwandelt, wobei die Anordnung (40) einen länglichen, starren Stab (42) mit optischen Übertragungseigenschaften im Infrarotspektrum, eine optisch mit einem Ende des Stabes (42) gekoppelte Scheibe (74) aus Quaraglass aufweist, die Photosensorvorrichtung (50) mit dem anderen Ende des Stabes verbunden ist und eine Einrichtung (30, 60, 80, 85) zum Anbringen an dem Wandkörper in der Nähe einer darin befindlichen Offnung vorgesehen ist, wobei die Einrichtung (80, 85) den Stab (42) und die Scheibe (74) in fixierten Stellungen relativ zueinander und zu dem Bereich herausnehmbar hält.
2. Lichtübertragende Stabanordnung (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich in einer Letung liegt, durch welche Material gefördert wird, und daß die Einrichtung (80, 85) derartig ausgebildet ist, daß sie mit der Leitung verbindbar ist.
3. Lichtübertragende Stabanordnung (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30, 60, 80, 85) eine lösbare Klemme (60) aufweist, die den Stab (42) durch Aufbringen eines radialen Druckes festhält.
4. Lichtübertragende Stabanordnung (40) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich in einer Leitung liegt, durch die Material gefördert wird, und daß die Einrichtung (80, 85) so ausgebildet ist, daß sie mit der Leitung verbindbar ist.
5. Lichtübertragende Stabanordnung (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (42) in einer rohrförmigen Buchse (44) untergebracht ist und daß eine Einrichtung (46) vorgesehen ist, mit der der Stab (42) in der Buchse (44) festgehalten ist.
6. Lichtübertragende Stabanordnung (40) nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine Kappe (70), die mit einem Ende des Stabes (42) verbunden ist, um die Scheibe (44) mit dem Stab in einer optisch miteinander verbundenen Stellung zu halten.
7. Lichtübertragende Stabanordnung (40) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemme (60) in Form einer geteilten Jochplatte ausgebildet ist, wobei die Platte aus einem Paar Elemente (62,64) besteht, welche, wenn sie miteinander verbunden sind, eine im allgemeinen kreisförmige Offnung (65) darin ausbilden.
8. Lichtübertragende Stabanordnung (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30, 60, 80, 85) eine lösbare, den Stab (42) festhaltende Klemme (60) und einen Haltearm (30) von im allgemeinen U-förmiger Gestalt zuni Verbinden der Klemme (60) mit einem Abschnitt der Leitung aufweist.
9. Lichtübertragende Stabanordnung (40) zum Koppeln von Photoenergie mit einer Photosensorvorrichtung (50), welche eine derartige Energie in ein elektrsches Signal umwandelt, wobei die Anordnung (40) einen länglichen, starren Stab (42) mit optischen Übertragungseigenschaften im Infrarotspektrum, eine im wesentlichen kreisförmige Scheibe (74) aus Quarzglas, eine runde, die Scheibe (74) haltende Endkappe (70) sowie eine rohrförmige Buchse (44) aufweist, in der der Stab untergebracht ist, wobei die Buchse (44) an ihrem einen Ende zum abnehmbaren Zusammenwirken mit der Kappe (70) mit einem Gewinde versehen ist, um die Scheibe (74) und den Stab (42) in einer optisch miteinander verbundenen Stellung zu halten.
10. Lichtübertragende Stabanordnung (40) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende der Buchse (44) zum abnehmbaren Zusammenwirken mit der Photosensorvorrichtung (50) mit einem Gewinde versehen ist.
11. Funkenerfassungssystem umfassend eine lichtübertragende Stabanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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