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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Feuerlösch- und Explosionsschutzsysteme
zum Löschen von
Feuer und zum Verhindern von Explosionen in geschützten Gebieten,
wie zum Beispiel in geschlossenen Räumen. Insbesondere betrifft
die Erfindung ein manuell betätigtes
Betätigungsmittel
zum Erzeugen eines elektrischen Steuerstroms zum Steuern einer elektrisch
ansprechenden Vorrichtung, wie zum Beispiel ein Initiator oder ein
gaserzeugender Kartuschenaktivator in einem Feuerlösch- oder
Explosionsschutzsystem.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Feuerlösch- und
Explosionsschutzsysteme sind allgemein in Industrie- und Geschäftsgebieten zum
Löschen
von Feuer und zum Verhindern von Explosionen in den geschützten Gebieten
installiert. Typische Feuerlösch-
und Explosionsschutzsysteme beinhalten eine Anzahl von Behältern, in
denen unter Druck stehendes Löschmittel
gespeichert ist und die über
das geschützte
Gebiet verteilt sind. Jeder der Behälter weist eine Freigabevorrichtung
auf, wie zum Beispiel eine Berstscheibe, um das unter Druck stehende
Löschmittel
in dem Behälter
zu halten.
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Jeder
der Behälter
weist außerdem
einen elektrisch ansprechenden Initiator auf, wie zum Beispiel eine
Zündkapsel,
mit Hilfe derer die zugehörige Berstscheibe
in Reaktion auf das Empfangen eines elektrischen Steuerstroms zerstört wird.
Der Steuerstrom wird normalerweise durch eine Steuerkonsole geliefert,
die auf eine Anzahl von Verbrennungsvorgangs-Erfassungsvorrichtungen
anspricht, wie zum Beispiel Rauch-, Infrarot-, Ionen-, Druck- und
W-Detektoren. Die Steuerkonsole steuert automatisch die Initiatoren
an, um die Freigabeventile zu zerstören und um dadurch das unter
Druck stehende Löschmittel
aus den Behältern
freizugeben, und zwar immer dann, wenn irgendeine der Erfassungsvorrichtungen gefährliche
Zustände
erfasst, die mit einem Feuer oder einer Explosion in dem geschützten Gebiet
in Beziehung stehen.
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Obwohl
die Feuerlösch-
und Explosionsschutzsysteme konstruiert sind, um im wesentlichen ausfallsicher
zu sein, fallen sie manchmal aus, da ihre Steuerkonsolen oder Verbrennungsvorgangs-Detektoren
Leistung verlieren oder die Verdrahtung zwischen den Rauchdetektoren
und der Steuerkonsole oder die Verdrahtung zwischen der Steuerkonsole
und dem Initiator beschädigt
wird. Außerdem
können
Fehler dadurch entstehen, dass Rauchdetektoren und andere Erfassungsvorrichtungen
gefährliche
Bedingungen nicht schnell genug erfassen.
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Infolge
dieser Probleme erfordern viele Bauvorschriften, dass die Feuerlösch- und
Explosionsschutzsysteme mit manuell betätigten Betätigungsmitteln zur Ansteuerung
der Initiatoren versehen sein müssen.
Bekannte, manuell betätigte
Betätigungsmittel
sind allgemein zwei Typen. Der erste Typ ist lediglich ein manueller
Schalter, der mit der Steuerung gekoppelt und konfiguriert ist,
um einen Kontakt in der Steuerkonsole zu schließen, wenn eine Person den Schalter
betätigt.
Unglücklicherweise
liefert dieser Typ von manuellem Schalter keine richtige Sicherung
zu der Steuerkonsole, da er seine Betriebsleistung von der Steuerkonsole
ableitet. wenn daher die Steuerkonsole ausfällt, fällt der manuelle Schalter ebenfalls
aus.
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Der
zweite Typ von manuell betätigten
Betätigungsmitteln
beinhaltet einen manuellen Schalter, der mit einer Notfall-Batterie oder einer
zweiten unabhängigen
Wechselstromquelle gekoppelt ist. Der Schalter liefert einen Steuerstrom
von der Batterie zu den Initiatoren, wenn der Schalter aktiviert
wird. Obwohl dieser Typ von manuellem Betätigungsmittel einen richtigen
Schalter mit Sicherung zur Verfügung stellt,
der von der Steuerkonsole unabhängig
ist, ist seine Herstellung teuer, und die Installationskosten sind
ebenfalls hoch, da er die Verwendung einer separaten Stromquelle
und die zugehörige
Verdrahtung zur Anbindung der Stromquelle an die Initiatoren erforderlich
macht. Dieser Typ von manuellem Betätigungsmittel macht außerdem eine
häufigere
Wartung erforderlich, da die Notfall-Batterien oder die andere unabhängige Stromquelle
kontinuierlich getestet und periodisch ersetzt werden müssen, um
einen korrekten Betrieb zu gewährleisten.
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Für den Fachmann
ist offensichtlich, dass diese Probleme für Feuerlösch- und Explosionsschutzsysteme
nicht einzigartig sind, sondern in allen Systemen vorhanden sind,
die ein elektrisches Steuersignal erforderlich machen, um eine elektrisch
ansprechende Vorrichtung anzusteuern.
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Aufgaben und
Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung ist eine Feuerlöschvorrichtung zum Unterdrücken eines
Verbrennungsvorgangs gemäß Anspruch
1 vorgesehen. Spezielle Ausführungsbeispiele
sind in den unabhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Aufgrund
der Verwendung von rauchlosem Pulver als das Treibmittel-Medium
in der Kartusche, sind die Verbrennungsprodukte, die aus der Zündung des
rauchlosen Pulvers stammen, geeignet, um unmittelbar eine Freigabe
des Löschmittels
aus dessen Speicherbehälter
einzuleiten, aber das Verbrennen des rauchlosen Pulvers findet nicht
mit einer Geschwindigkeit statt, um eine Explosion zu erzeugen, durch
die der Kartuschenkörper
zerstört
oder zersplittern wird. Außerdem
wird durch die Verwendung von einem nicht splitternden Verschluss
für den
Kartuschenkörper,
wie zum Beispiel eine Mylar-Scheibe, eine Verbreitung von Metallsplittern
stromabwärts der
Kartusche verhindert, da sich das Mylar durch die heißen Verbrennungsprodukte
von dem brennenden rauchlosen Pulver vollständig verflüchtigt.
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Der
gaserzeugende Kartuschenaktivator dieser Erfindung zum Einleiten
der Freigabe von Löschmittel
aus dem Speicherbehälter
qualifiziert sich daher für
eine weniger gefährliche
Materialkategorie unter DOT- und UN-Transportstandards, weshalb
ein Transport der Aktivatoren zu geringeren Kosten und durch herkömmliche
Transportunternehmen erlaubt ist, was bei Zündkapsel-Initiatoren nicht
der Fall ist, die in die gefährlichste
der Transportkategorien fallen, die durch DOT und UN veröffentlicht
sind.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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In
den Zeichnungen ist:
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1 eine
schematische Ansicht von einem Raum, in dem ein Feuerlöschsystem
installiert ist, das gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung konstruiert ist;
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2 eine
perspektivische Ansicht von einem manuell betätigten Betätigungsmittel, das gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung konstruiert ist, wobei das Betätigungsmittel in einer ersten,
nicht-aktivierten Position gezeigt ist;
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3 eine
perspektivische Ansicht von dem manuell betätigten Betätigungsmittel in einer Mittelposition;
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4 eine
perspektivische Ansicht von einem manuell betätigten Betätigungsmittel in einer zweiten,
aktivierten Position;
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5 eine
Explosionsansicht von einigen Komponenten des manuell betätigten Betätigungsmittels;
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6 eine
Seitenansicht von einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel von einer Feuerlöscheinheit,
wobei Teile weggebrochen und im Querschnitt gezeigt sind, um die
Details von deren Komponenten zu zeigen, wobei der Initiator zum Öffnen der
Berstscheibe, wodurch die Freigabe von unter Druck stehendem Löschmittel
aus dessen Behälter
gesteuert wird, einen gaserzeugenden Kartuschenaktivator aufweist;
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7 eine
vergrößerte Querschnittsansicht von
der Kartuschenkörpereinheit
des Aktivators, der in 6 gezeigt ist, und außerdem die
elektrischen Leitungen für
den Aktivator darstellt;
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8 eine
schematische Darstellung der mit dem Aktivator aus 7 verbundenen
Drähte;
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9 eine
im wesentlichen schematische Querschnittsansicht von der Zündscheibe,
die in rauchlosem Pulver-Granulat eingebettet ist, das in der Kartuschenkörpereinheit
des Aktivators enthalten sind, und die mit den elektrischen Leitungen
verbunden ist, die von der Steuerkonsole oder dem manuellen Betätigungsmittel
der vorhergehenden Figuren ausgehen;
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10 eine
schematische Draufsicht von der Rückseite der in 9 gezeigten
Zündscheibe; und
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11 eine
Seitenansicht im Querschnitt von einer Einheit zum Unterdrücken von
Explosionen, die gemäß dieser
Erfindung konstruiert ist und eine gaserzeugende Kartuscheneinheit
beinhaltet, wie sie in 6 und 7 dargestellt
ist.
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Detaillierte
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Es
wird nun auf die Figuren der Zeichnungen und insbesondere auf 2–4 Bezug
genommen, in denen ein manuell betätigtes Betätigungsmittel 10 gezeigt
ist, das gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung konstruiert ist. Wie am besten in 1 dargestellt,
ist das Betätigungsmittel 10 vorzugsweise
mit einem Feuerlösch- oder Explosionsschutzsystem
gekoppelt, das allgemein mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet
ist. Das Feuerlösch-
oder Explosionsschutzsystem 12 befindet sich in einer geschützten Zone,
wie beispielsweise in einem Raum 14, und beinhaltet eine
Vielzahl von Feuerlöschmittel-Freigabeeinheiten 16,
wie zum Beispiel Berstscheiben, eine Vielzahl von Verbrennungsvorgangs-Erfassungsvorrichtungen 18,
zum Erfassen eines beginnenden Feuers oder einer Explosion, eine
Haupt-Steuerkonsole 20 und
eine visuelle oder akustische Alarmvorrichtung 22. Wie
nun im größeren Detail
beschrieben, liefert das manuell betätigte Betätigungsmittel 10 einen
manuell erzeugten, elektrischen Steuerimpuls beziehungsweise ein Steuersignal
an die Initiatoren 26, wie zum Beispiel Zündkapseln
oder gaserzeugende Kartuschenaktivatoren, was völlig unabhängig von der Funktion der Erfassungsvorrichtungen 18 und
der Haupt-Steuerkonsole 20 ist.
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Die
Feuerlöschmittel-Freigabeeinheiten 16 sind über den
geschützten
Raum 14 verteilt und haben jeweils einen Behälterbereich 24 und
einen elektrisch ansprechenden Initiator-Bereich 26. Jeder
Behälterbereich 24 enthält eine
Menge von unter Druck stehendem Löschmittel darin und weist eine
interne Berstscheibe 10 auf, um das unter Druck stehende Löschmittel
in dem Behälter
zu halten. Ein bevorzugtes Löschmittel
zum Löschen
von Feuer ist Heptafluropropan (FM200, Great Lakes Chemical).
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6 zeigt
eine der Feuerlöschmittel-Freigabeeinheiten 16,
wie beispielsweise in 1 gezeigt, mit der Ausnahme,
dass die Initiator-Baugruppe 26, wie in 6 gezeigt,
einen gaserzeugenden Kartuschenaktivator 17 zur Steuerung
der selektiven Freigabe von Löschmittel
unter Druck aus einem zugehörigen
Behältnis 24 über ein
zugehöriges
Rohr 19 darin aufweist. Die Initiatoren 26 sind
vorzugsweise Gaskartuschen-Initiatoren, wie solche, die von der Fike
Corporation in Blue Springs, Missouri, hergestellt werden, und jede
davon beinhaltet, wie nachfolgend im Detail beschrieben, ein Paar
separate erste und zweite widerstandsbrückendrahtelemente in einer
Treibmittel-Ladung aus rauchlosem Pulver in dem Kartuschenkörper. Bei
einem Feuerlöschsystem enthält die Baugruppe 26 vorzugsweise
einen rohrförmigen
Anschluss 23, der mit der Auslass-Öffnung 25 von dem
Behältnis 24 verschweißt ist.
Ein Einsatz 27, der in das äußerste Ende von dem Anschluss 23 geschraubt
ist, dient dazu, eine Berstscheibe 29 aus Metall, vorzugsweise
Edelstahl, in dem äußersten Ende
von dem Anschluss 23 zu halten. Die bevorzugte Berstscheibe 29 ist
von dem Typ, der von der Fike Corporation in Blue Springs, Missouri,
der Patentinhaber dieses Patents, hergestellt wird, und hat eine bauchige
Form mit zwei gegenüberliegenden
konkaven/konvexen Flächen.
Die konvexe Fläche
der Scheibe 29 ist mit einer kreuzförmigen Einkerbung versehen,
so dass sich die Scheibe bei deren Bersten vom Mittelpunkt nach
außen öffnet, und
zwar in der Form von vier diskreten Blättern, wobei jeder davon an
dem ringförmigen
Randbereich der Scheibe befestigt bleibt. Die Scheibe 29 ist
daher nicht splitternd. Jede der Feuerlöschmittel-Freigabeeinheiten 16 kann
außerdem
eine Dispersionsdüse 27 aufweisen,
die mit ihren zugehörigen
Behälterbereich 24 gekoppelt
ist, um das Feuerlöschmittel
aus seinem Behälterbereich 24 in
den geschützten
Raum 14 auszugeben.
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Jeder
Initiator 26 ist funktional mit dem Freigabeventil von
seinem zugehörigen
Behälter 24 gekoppelt,
um die Freigabeventile bei Empfang eines elektrischen Steuersignals
von der Steuerkonsole 20 oder dem manuell betätigten Betätigungsmittel 10 bersten
zu lassen, wie nachfolgend beschrieben wird. Wenn ein Initiator
vom Typ einer Zündkapsel
als der Initiator 26 verwendet wird, dann dient die Explosionskraft
von dieser dazu, um ein Bersten einer zugehörigen Berstscheibe zu bewirken,
die den Ausgabe-Anschluss
von einem zugehörigen
Behälter 24 verschließt. Wenn
anderenfalls eine gaserzeugende Kartusche als der Initiator verwendet
wird, dann wird das rauchlose Pulver in jedem Kartuschenkörper gezündet, wodurch
Verbrennungsprodukte erzeugt werden, die dazu dienen, ihre zugehörigen Freigabeventile
zu bersten, wenn ein elektrisches Steuersignal zu einem ihrer Überbrückungsdrähte geliefert wird.
Es ist bevorzugt, dass der gaserzeugende Kartuschenaktivator in
Feuerlöschsystemen
verwendet wird; es wurde herausgefunden, dass Zündkapsel-Initiatoren vollständig zufriedenstellend
für System zum
Unterdrücken
von Explosionen sind, insbesondere wegen der schnellen Antwortzeit
solcher Initiatoren.
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Die
Erfassungsvorrichtungen 18 sind ebenfalls in dem geschützten Raum 14 verteilt
angeordnet und funktionieren, um gefährliche Zustände in dem geschützten Raum
zu erfassen. Die Erfassungsvorrichtungen 18 sind vorzugsweise
herkömmliche Rauch-,
IR-, Ionen-, Druck- oder UV-Detektoren, ähnliche Sensoren oder Kombinationen
daraus.
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Die
Haupt-Steuerkonsole 20 ist vorzugsweise in oder nahe dem
geschützten
Raum 14 montiert und vorgesehen, um die Funktion der anderen
Komponenten des Systems 12 zu steuern. Die Steuerkonsole 20 ist
dazu ausgestaltet, um mit einer geeigneten elektrischen Energiequelle
gekoppelt zu werden, wie beispielsweise eine 120 Volt Wechselstromquelle,
und beinhaltet geeignete Schaltungen, um die Spannung auf einen
geeigneten Steuerpegel gleichzurichten und zu vermindern.
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Die
Steuerkonsole 20 ist elektrisch mit einem ersten der Brückendrahtelemente
von jedem der Kartuschen-Initiatoren 26 oder der entsprechenden Zündkapseln
durch eine herkömmliche
Verdrahtung gekoppelt, die in einem Schutzrohr 28 gehalten
ist. Die Steuerkonsole 20 ist außerdem mit jeder der Erfassungsvorrichtungen 18 durch
eine Verdrahtung elektrisch gekoppelt, die in einem Rohr 30 gehalten ist.
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Wenn
die Erfassungsvorrichtungen 18 einen gefährlichen
Zustand in dem geschützten
Raum 14 erfassen, dann senden sie ein Signal zur Haupt-Steuerkonsole 20 oder
schalten darin einen Kontakt. Die Haupt-Steuerkonsole 20 antwortet
den Erfassungsvorrichtungen 18, indem ein Steuerstromsignal
zu den ersten Brückendrahtelementen
in jedem der Kartuschen-Initiatoren 26 oder
zu entsprechenden Zündkapseln
gesendet wird, um die Initiatoren zu zünden. Als Folge werden durch
die Initiatoren 26 die Berstscheiben in ihren zugehörigen Feuerlöschmittel-Freigabeeinheiten 16 geborsten,
wodurch das Löschmittel
aus den Behältern 24 in
den geschützten
Raum 14 freigegeben wird, um ein Feuer zu löschen oder
um Explosionen in dem Raum zu unterdrücken.
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Die
Alarm-Vorrichtung 22 kann in oder nahe dem geschützten Raum 14 angeordnet
sein und ist elektrisch mit der Steuerkonsole 20 durch
eine herkömmliche
Verdrahtung gekoppelt, die in einem Schutzrohr 32 gehalten
ist. Die Alarm-Vorrichtung 22 spricht auf die Steuerkonsole 20 an,
so dass sie entweder das Erfassen eines gefährlichen Zustands durch die
Erfassungsvorrichtungen 18 oder die Ausgabe des Feuerlöschmittels
aus den Freigabeeinheiten 16 angibt.
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Das
manuell betätigte
Betätigungsmittel 10 ist
vorzugsweise in oder nahe dem geschützten Raum 14 angeordnet,
kann aber auch von dem Raum entfernt angeordnet sein. Das Betätigungsmittel 10 ist
elektrisch mit den zweiten Brückendrahtelementen
der Initiatoren 26 durch eine herkömmliche Verdrahtung gekoppelt,
die in einem Schutzrohr 34 gehalten ist.
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Wie
nachfolgend in größerem Detail
beschrieben, liefert das Betätigungsmittel 10 einen
manuell erzeugten elektrischen Steuerstromimpuls zu den zweiten
Brückendrahtelementen
in jedem der Initiatoren 26, der vollständig unabhängig von dem durch die Haupt-Steuerkonsole 20 gelieferten
Steuersignal ist. Daher liefert das manuell betätigte Betätigungsmittel 10 eine
wahre manuelle Sicherung zu der Steuerkonsole 20 und den
Erfassungsvorrichtungen 18, so dass das Feuerlösch- oder
Explosionsschutzsystem 12 auch dann betätigbar ist, wenn die Steuerkonsole
oder die Erfassungsvorrichtungen Spannung verlieren oder auf andere
Weise ausfallen.
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Unter
Bezugnahme auf 2 – 5 enthält das manuell
betätigte
Betätigungsmittel 10 allgemein
einen Generator 36, einen länglichen, manuell bewegbaren
Handgriff 38 und eine Struktur, die allgemein durch das
Bezugszeichen 40 bezeichnet ist, um den Handgriff funktional
mit dem Generator zu koppeln. Die Komponenten des Betätigungsmittels 10 sind
vorzugsweise in einem Gehäuse 42 montiert und
darin umschlossen, das mit entsprechenden Instruktionen versehen
ist, die darauf aufgedruckt sind, um Personen zu instruieren, wie
das Betätigungsmittel 10 betätigt wird.
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Wie
am besten in 5 gezeigt, ist der Generator 36 an
einem Träger 44 montiert,
der an der inneren Fläche
der Rückwand
des Gehäuses 42 angeschraubt
oder auf andere Weise daran befestigt ist. Der Generator 36 enthält eine
drehbare Welle 46, einen internen Anker (nicht gezeigt),
der magnetisch mit der Welle gekoppelt ist, und ein Paar Drähte 48, die
sich von dem Anker erstrecken. Der Generator 36 ist betätigbar,
um einen Steuerstromimpuls in den Drähten 48 zu erzeugen,
um zu den zweiten Brückendrahtelementen
von jedem der Initiatoren 26 geliefert zu werden, wenn
die Welle 46 gedreht wird.
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Der
bevorzugte Generator 36 ist ein herkömmlicher Gleichstrom-Motor
mit einem Übersetzungsverhältnis von
20:1, einer 30.3 VDC-Wicklung und großflächigen Zahnrädern, wie
zum Beispiel der GM9414-Motor, der von der Pittman Corporation hergestellt
wird. Für
den Fachmann ist offensichtlich, dass der Generator 36 auch
andere herkömmliche Stromerzeugungsvorrichtungen
beinhalten kann.
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Der
Handgriff 38 ist vorzugsweise schwenkbar an der Außenfläche der
rechten Seitenwand des Gehäuses 42 montiert
und funktional mit der Welle 46 des Generators 36 über die
nachfolgend beschriebene Kopplungsstruktur 40 gekoppelt.
Der Handgriff 38 ist zwischen einer ersten, unteren, nicht-aktivierten Position,
wie in 2 dargestellt ist, und einer zweiten, oberen,
aktivierten Position verschiebbar, die in 4 dargestellt
ist. Für
den Fachmann ist offensichtlich, dass der Handgriff 38 an
jeder Seite des Gehäuses
angeordnet sein kann, und die Bewegungsrichtung des Handgriffs kann
umgekehrt sein, so dass die obere Position die nicht-aktivierte
Position ist. Auf ähnliche
Weise können
der Handgriff 38 und die Kopplungsstruktur 40 so
konfiguriert sein, dass der Handgriff 38 bewirkt, dass
der Generator 36 einen elektrischen Steuerstromimpuls unabhängig davon
erzeugt, in welche Richtung der Handgriff verlagert wird.
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Durch
die Kopplungsstruktur 40 ist der Handgriff 38 funktional
mit der Welle 46 des Generators 36 gekoppelt,
um die Welle mit einer ausgewählten
festen Geschwindigkeit zu drehen, wenn der Handgriff zwischen seiner
unteren und seiner oberen Position verlagert wird, und zwar unabhängig von
der Geschwindigkeit, mit der der Handgriff verlagert wird, und unabhängig von
dem Ausmaß der
auf den Handgriff aufgebrachten Kraft. Dies ermöglicht es, dass der Generator 36 einen
elektrischen Stromimpuls in einem ausgewählten Amplituden-Bereich erzeugt, um
den Initiatoren 26 zugeführt zu werden, und zwar jedes
Mal dann, wenn der Handgriff 38 zwischen seiner unteren
und oberen Position verlagert wird, und zwar unabhängig von
der Stärke
der Person, die das Betätigungsmittel
bedient.
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Die
ausgewählte
Amplitude des durch den Generator 36 erzeugten Stromimpulses
ist durch die Zündcharakteristiken
der Initiatoren 26 bestimmt. In dem Fall der Kartuschen-Betätigungsmittel,
wie sie hier beschrieben wurden, erfordern deren Brückendrahtelemente
einen Steuerstromimpuls von zumindest etwa 800 Milliampere, um ein
Zünden
unter allen Betriebsbedingungen zu garantieren. Folglich sind die
Kopplungsstruktur 40 und der Generator 36 zusammenwirkend
konfiguriert, um einen Steuerstromimpuls von etwa 800 Milliampere
für eine
Dauer von 5–10
Millisekunden zu erzeugen. Dadurch wird sichergestellt, dass die
Kartuschen-Betätigungsmittel 26 einen
adäquaten
Steuerstromimpuls empfangen, um die Berstscheiben ihrer zugehörigen Feuerlöschmittel-Freigabeeinheiten 16 zum
Bersten bringen, wenn eine Person den Handgriff 38 von
dessen unteren Position in dessen obere Position verlagert.
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Um
einen Steuerstromimpuls von etwa 800 Milliampere zu erhalten, sind
die bevorzugte Kopplungsstruktur 40 wie auch der Handgriff 38 und
das Gehäuse 42 durch
einen Sicherheits-Schalter
Nr. TG3221 Modell 8 zur Verfügung gestellt, hergestellt von
der General Electric Corporation. Der Anmelder hat herausgefunden,
dass der GE-Sicherheits- Schalter,
wenn er mit dem vorstehend beschriebenen Generator 36 gekoppelt
ist, die Welle 46 des Generators sehr schnell innerhalb
von 5–10
Millisekunden um ¼–½ Umdrehungen
dreht. Da der bevorzugte Generator 36 ein Motor mit einem Übersetzungsverhältnis von
20:1 ist, entsprechen die ¼–½ Drehungen
der Welle etwa 5–10
Umdrehungen des Ankers, wodurch der gewünschte Steuerstromimpuls mit
800 Milliampere und 5–10
Millisekunden erzeugt wird.
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Für den Fachmann
ist offensichtlich, dass die Kopplungsstruktur 40 und der
Generator 36 zusammenwirkend konfiguriert sein können, um
einen Steuerstromimpuls mit irgendeiner Höhe für irgendeine Zeitdauer zu erzeugen,
indem die Größe des Generators 36 und/oder
die Geschwindigkeit variiert wird, mit der der Handgriff 38 und
die Kopplungsstruktur 40 die Welle des Generators drehen.
Dadurch wird es möglich,
dass die vorliegende Erfindung bei irgendeinem Typ von Initiator
angewendet werden kann.
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Wie
am besten in 5 dargestellt, beinhaltet die
bevorzugte Kopplungsstruktur 40 einen Träger 50,
rotierende Bauteile 52, 54, 56, eine
Motorverbindung 58 und einen Sprungfeder-Mechanismus, der allgemein
mit dem Bezugszeichen 60 bezeichnet ist. Der Träger 50 hat
allgemein eine rechteckige Form und ist an der Innenfläche der
rechten Seitenwand des Gehäuses 42 durch
Schrauben oder andere Befestigungsmittel befestigt. Der Träger 50 hat
ein mittleres Loch 62, ein Paar seitlich vorstehende Vorsprünge 64, 66 sowie
einen Montageschlitz 68. Die Funktionen von dem Loch 62,
den Vorsprüngen 64, 66 und
dem Schlitz 68 werden in Verbindung mit den anderen Komponenten
der Kopplungsstruktur 40 nachfolgend erläutert.
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Das
rotierende Bauteil 52 ist im Wesentlichen rund und hat
ein mittleres Loch 70 und einen verkürzten Schaftbereich 72,
der sich von der rechten Seite des Trägers erstreckt. Der Schaftbereich 72 erstreckt
sich durch das Loch 62 des Trägers 50 und durch
die rechte Seitenwand des Gehäuses 42.
Ein Montagestift 74 erstreckt sich durch das Loch 70,
den Schaft 72, das Loch 62 und ein Loch 76,
das in einem Ende des Handgriffs 38 ausgebildet ist, um
den Handgriff fest an dem rotierenden Bauteil 52 zu befestigen,
wodurch der Handgriff schwenkbar mit dem Träger 50 und der rechten
Seitenwand des Gehäuses 42 gekoppelt
ist. Das rotierende Bauteil 52 weist außerdem ein Paar axial verlaufende
und in Umfangsrichtung beabstandete Ohrenabschnitte 78, 80 auf,
die sich von dessen Umfang erstrecken.
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Das
rotierende Bauteil 54 ist an der linken Seite des rotierenden
Bauteils 52 angeordnet und ist ebenfalls im Wesentlichen
rund. Das rotierende Bauteil 54 hat ein mittleres Loch 82 und
einen sich radial erstreckenden Verbindungsvorsprung 86.
Der Montagestift 74 wird durch das Loch 82 eingesetzt,
um das rotierende Bauteil 54 benachbart der linken Fläche des
rotierenden Bauteils 52 drehbar zu koppeln. Das rotierende
Bauteil 54 weist außerdem
einen verlängerten,
sich radial erstreckenden Flanschbereich 84 auf, der zwischen
den Ohrenabschnitten 78, 80 des rotierenden Bauteils 52 aufgenommen
ist, um die Bewegung des rotierenden Bauteils 54 relativ
zu dem rotierenden Bauteil 52 zu begrenzen.
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Das
rotierende Bauteil 56 ist an der linken Seite des rotierenden
Bauteils 54 angeordnet und hat ein Paar axial beabstandete
Flächen
und einen verbindenden Bucht-Abschnitt. Der Montagestift 74 ist durch
ein Loch 88 eingesetzt, das in der rechten Fläche des
rotierenden Bauteils 56 ausgebildet ist, um das rotierende
Bauteil 56 benachbart zu den rotierenden Bauteilen 54, 52 drehbar
zu koppeln. Das rotierende Bauteil 56 ist außerdem mit
einem Verbindungsvorsprung 86 des rotierenden Bauteils 54 über eine
kleine Feder 90 verbunden, so dass das rotierende Bauteil 56 der
Bewegung des rotierenden Bauteils 54 folgt. Die linke Fläche des
rotierenden Bauteils 56 hat ein allgemein quadratisches
Loch 92, das darin ausgebildet ist.
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Die
Motorverbindung 58 ist zwischen der Welle 46 des
Generators 36 und der linken Fläche des rotierenden Bauteils 56 gekoppelt,
um die Drehung des rotierenden Bauteils 56 auf die Welle
zu übertragen.
Eine Motorverbindung 58 hat einen im Wesentlichen quadratischen
Schaftbereich 94, einen im wesentlichen runden Schaftbereich 96 und
einen verbindenden Flanschbereich 98. Der Schaftbereich 94 ist
in der Öffnung 92 der
linken Fläche
des rotierenden Bauteils 56 aufgenommen. Der Schaftbereich 96 hat
ein darin ausgebildetes Loch 100, das über die Welle 46 des
Generators 36 aufgenommen ist.
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Der
Sprungfeder-Mechanismus 60 ist funktional zwischen dem
rotierenden Bauteil 54 und dem Träger 50 gekoppelt.
Wie nachfolgend im größeren Detail
erläutert,
speichert der Feder-Mechanismus 60 temporär einen
Teil der mechanischen Energie, die auf den Handgriff 38 aufgebracht
wird, wenn der Handgriff zwischen seiner unteren und seiner oberen Position
verlagert wird, und liefert anschließend sehr schnell die gespeicherte
Energie an das rotierende Bauteil 54, um sie an die Welle 46 des
Generators 36 zu liefern, um den vorstehend beschriebenen
Steuerstromimpuls zu erzeugen.
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Der
Federmechanismus 60 weist eine längliche Stange 102,
eine längliche
Schraubenfeder 104, die über der Länge der Stange angeordnet ist,
und einen L-förmigen
Montageträger 106 auf,
der schwenkbar mit dem Träger 52 gekoppelt
ist. Das obere Ende der Stange 102, wie in 5 zu
sehen, hat ein Paar beabstandete, hochstehende Ohrenabschnitte 108, die
um den Verbindungsvorsprung 86 des rotierenden Bauteils 54 angeordnet
und durch einen Verbindungsstift 110 schwenkbar damit verbunden
sind.
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Der
vertikal verlaufende Bereich des L-förmigen Montageträgers 106 ist
schwenkbar mit dem Montageschlitz 68 des Trägers durch
einen Stift 112 gekoppelt. Wie am besten in 2 zu
sehen, hat der horizontal verlaufende Bereich des Trägers 106 einen
darin ausgebildeten Schlitz 114.
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Das
untere Ende der Stange 102 ist verschiebbar in dem Schlitz 114 des
Trägers 106 aufgenommen.
Wenn das rotierende Bauteil 54 gedreht wird, wie nachfolgend
beschreiben, wird das obere Ende der Stange 102 an dem
Verbindungsvorsprung 86 relativ zu dem rotierenden Bauteil 54 verschwenkt,
wobei das untere Ende der Stange 102 und der L-förmige Montageträger 106 relativ
zu dem Träger 50 verschwenkt
werden. Dadurch erreicht, dass der untere Bereich der Stange 102 in
dem Schlitz 114 des Montageträgers 106 hin- und
hergleitet.
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Bei
Betrieb befindet sich der Handgriff 38 anfänglich in
seiner ersten, unteren, nicht-aktivierten Position, wie in 2 dargestellt.
Dann, wenn eine Person einen gefährlichen
Zustand in dem geschützten
Raum 14 bemerkt, verlagert die Person den Handgriff 38 nach
oben, wie durch den Pfeil 116 dargestellt ist.
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Wenn
der Handgriff 38 nach oben verlagert wird, dann verdreht
er das rotierende Bauteil 52 in Gegenuhrzeigerrichtung,
wie in 2–5 zu
sehen. Nachdem das rotierende Bauteil 52 über eine kurze
Distanz verdreht wurde, greift deren erster Ohrenabschnitt 78 mit
der benachbarten Seite von dem Flanschbereich 84 des rotierenden
Bauteils 54 ein und verdreht das rotierende Bauteil 54 zusammen mit
dem Handgriff 38.
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Durch
den Verbindungsvorsprung 86 an dem rotierenden Bauteil 54 wird
wiederum die längliche Stange 102 nach
unten verschwenkt und verschoben, so dass der untere Bereich der
Stange durch den Schlitz 114 gleitet, der in dem Montageträger 106 ausgebildet
ist. Dadurch wird die Feder 104 zusammengedrückt, die über der
Stange 102 angeordnet ist, und somit wird ein Teil der
mechanischen Energie, die auf den Handgriff 38 aufgebracht
wird, in der Feder gespeichert. Während dieser Bewegung schwenkt
der obere Bereich der länglichen
Stange 102 um den Verbindungsvorsprung 86, und
der untere Bereich der länglichen
Stange sowie der Montageträger 106 schwenken
relativ zu dem Träger 50 in Richtung
auf ihre mittleren Positionen.
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Wenn
der Handgriff 38 in die in 3 dargestellte
Position verlagert ist, befindet sich der Sprungfeder-Mechanismus 60 in
der Nähe
seines Mittelpunktes, und die Feder 104 ist vollständig zusammengedrückt. Damit
speichert der Federmechanismus 60 seinen maximalen Wert
an mechanischer Energie.
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Dann,
wenn die Person den Handgriff 38 weiter nach oben schiebt,
wie durch den Pfeil 118 in 3 dargestellt,
dann wird der Sprungfeder-Mechanismus 60 über seine
mittlere Position hinaus verlagert. Dies ermöglicht es, dass sich die Feder 104 entspannt,
wie in 4 dargestellt, und ihre gespeicherte Energie an
die rotierenden Bauteile 54, 56 abgibt, um die
rotierenden Bauteile in Rotation zu versetzen. Das rotierende Bauteil 56 wiederum
versetzt die Motorverbindung 58 in Rotation, die mit der
Welle 46 des Generators 36 gekoppelt ist, wodurch
eine Rotation der Welle bewirkt wird. Dadurch wird der Steuerstromimpuls
in dem Anker des Generators 36 erzeugt, der zu den zweiten
Brückendrahtelementen
der Initiatoren 26 durch Drähte 122 geliefert
wird, die mit den Ausgangsdrähten 48 des
Generators verbunden sind.
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Wenn
der Handgriff 38 in seine obere, aktivierte Position verlagert
ist, dann kann das Betätigungsmittel 10 zurückgesetzt
werden, indem der Handgriff lediglich zurück in seine untere, nicht aktivierte
Position verlagert wird, wie durch den Pfeil 126 in 4 dargestellt
ist.
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Das
manuell betätigte
Betätigungsmittel 10 kann
außerdem
ein Überwachungsmodul 120 aufweisen,
das elektrisch zwischen den Ausgangsdrähten 48 des Generators 36 und
der Verdrahtung 122 gekoppelt ist, die zu den Initiatoren 26 führt. Ein
Beispiel von einem Überwachungsmodul,
das mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist im
Detail in dem US-Patent 4,199,029 offenbart, das hier durch Bezugnahme
eingeführt
wird.
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Das Überwachungsmodul 120 liefert
den durch den Generator 36 erzeugten Steuerstromimpuls über die
Drähte 122 zu
den Initiatoren 26. Das Überwachungsmodul 120 ist
außerdem über ein Paar
Drähte 124 elektrisch
mit der Haupt-Steuerkonsole 20 gekoppelt.
Das Überwachungsmodul 120 empfängt ein
24-Volt Signal von der Steuerkonsole 20 über die Drähte 124 und
liefert einen kleinen Überwachungsstrom
von etwas 200 Milliampere oder weniger über die Drähte 122 zu den zweiten
Brückendrahtelementen
der Initiatoren 26. Dieser Überwachungsstrom, der zu klein
ist, um die Initiatoren 26 zu zünden, wird verwendet, um Verdrahtungsfehler
zu erfassen, wie zum Beispiel Unterbrechungen oder Kurzschlüsse in den
Brückendrahtelementen
oder in der Verdrahtung 122.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 6 kann gesehen werden, dass
ein Queranschluss 31 mit Innengewinde an dem Anschluss 23 befestigt
ist, mit dem Durchgang 33 in Verbindung steht und dadurch ein
Teil von dem Anschluss 23 bildet. Ein Hülsenbauteil 35 befindet
sich im Inneren von dem Queranschluss 31 und hat eine in
Längsrichtung
verlaufende, durchgehende Bohrung 37 mit einem offenen
Ende. Eine nach innen gewölbte,
kreuzförmig
eingekerbte Berstscheibe 39 aus Metall, vorzugsweise Edelstahl,
verschließt
das Ende der Bohrung 37 in kleinster Nähe zum Durchgang 33.
Eine rohrförmige Verbindung 41 ist
in das äußerste Ende
von dem Queranschluss 31 eingeschraubt und hat direkten Kontakt
mit dem Hülsenbauteil 35,
um Letzteres in seiner in 6 gezeigten
Position zu halten. Die Verbindung 41 hat eine längliche
Bohrung 43 mit etwa dem gleichen Durchmesser wie die Bohrung 37.
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Der
gaserzeugende Kartuschenaktivator 17 ist direkt mit der
Verbindung 41 gekoppelt. Der Aktivator 17 hat
eine Hauptkörpereinheit 45,
die mit einer internen Treibmittel aufnehmenden Kammer 47 versehen
ist. Die integrierte, längliche,
rohrförmige
Verlängerung 49 des
Aktivators 17 hat eine Bohrung 51, die an einem
Ende mit der Kammer 47 und an dem gegenüberliegenden äußersten
Ende mit dem Auslassende 53 des Körpers 45 in Verbindung
steht. Ein Endanschluss 55 ist in das Innengewinde des äußersten
Endes der Körpereinheit 45 gegenüberliegend
der Verlängerung 49 eingeschraubt
und ist mit zwei parallelen, länglichen
Durchgängen 57 und 59 darin
versehen, um elektrische Steuerleitungen aufzunehmen, die allgemein
mit 61 beziehungsweise 63 bezeichnet sind.
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Die
Kammer 47 der Hauptkörpereinheit 45 sowie
die Bohrung 51 der Verlängerung 49 enthalten eine
Menge an Feststoff-Treibmittel 63, das vorzugsweise Granulat
aus rauchlosem Pulver umfasst. Außerdem befindet sich eine Scheibe 65 aus
einer Zündmischung
in der Kammer 47 benachbart zu der am weitesten innen liegenden
Fläche
des Endanschlusses 55. Wie aus 9 und 10 offensichtlich,
ist die Scheibe 65 mit zwei Brückendrahtelementen 67 und 69 versehen,
die relativ dünne
Metallplatten aufweisen, die jeweils einen Widerstand von etwa 0,75
Ohm, eine Dicke von etwa 0,002 haben und voneinander mit etwa 0,08
Zoll (2 mm) beabstandet sind. Die Brückenelemente 67 und 69 befinden
sich innerhalb der Scheibe 65 benachbart zu der normalerweise
am weitesten hinten liegenden Fläche 65a davon.
Die elektrischen Steuerleitungen sind mit den Brückenelementen 67 und 69 verbunden,
wie beispielsweise in 8 gezeigt. Die R- und B-Leitungen 71 und 72 sind
mit gegenüberliegenden
Enden der Brückenelemente 67 verschweißt, und
die Y- und G-Leitungen 73 und 75 sind mit den
gegenüberliegenden
Enden des Brückenelements 69 verschweißt.
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Eine
nicht splitternde, sich verbrauchende Verschlussscheibe 77 ist über dem
Auslassende 53 der Verlängerung 49 in
abdichtender Beziehung dazu montiert. Vorzugsweise umfasst die Scheibe 77 ein dünnes rundes
Mylar-Element, das
die Ladung 63 aus rauchlosem Pulver und die Zündscheibe 65 gegen
die den Aktivator 17 umgebende Atmosphäre schützt, und zwar nicht nur während der
Verteilung und Lagerung des Letzteren vor der Verwendung, sondern
auch dann, wenn sich der Aktivator 17 in der Verbindung 41 in
seiner Position befindet.
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Die
Treibmittel-Ladung 63 besteht aus einer Menge an rauchlosem
Pulver-Granulat einer herkömmlichen
Zusammensetzung, die eine Mischung aus Nitroglyzerin, Nitrozellulose
und Bleithiocyanate enthält.
Die Formel hat vorzugsweise eine Selbstentzündungstemperatur von nicht
mehr als 325° F,
und hat eine DOT-Klassifikation von 1.4s und eine UN-Klassifikation
von 0323.
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Die
Treibmittel-Ladung 63 muss eine ausreichende Menge an rauchlosem
Pulver enthalten, um adäquate
gasförmige
Verbrennungsprodukte mit einem Druck zu erzeugen, der ausreichend
ist, um ein Zerbersten der Scheibe 39 und der Haupt-Berstscheibe 29 zu
bewirken, um dadurch das Heptafluropropan-Löschmittel aus dem zugehörigen Behälter 24 freizugeben.
Diesbezüglich
wurde herausgefunden, dass eine Treibmittel-Ladung von zumindest etwa
1650 mg des rauchlosen Pulvers bevorzugt ist. Auf ähnliche
Weise ist die Zündmischung,
aus der die Scheibe 65 hergestellt ist, vorzugsweise eine
explosive Zusammensetzung, die primär Kaliumperchlorat enthält und etwa
0,02 Zoll dick ist, mit einem Durchmesser von etwa 3/8 bis 1/2 Zoll.
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Bei
Zuführung
eines Stroms von minimal 800 Milliampere zu entweder dem Brückenelement 67 oder
dem Brückenelement 69 von
der System-Steuerkonsole 20 oder dem manuellen Betätigungsmittel 10 wird
die Zündscheibe 65 aktiviert,
wodurch die rauchlose Pulverladung 63 gezündet wird.
Aufgrund der Tatsache, dass die Ladung 63 aus einer Menge an granulatförmigem rauchlosen
Pulver hergestellt ist, werden durch Zündung des Pulvers heiße Verbrennungsprodukte
erzeugt, durch die die Mylar-Scheibe 77 verdampft wird
und dann aus der Hauptkörpereinheit 45 über das
Auslassende 53 und durch die Bohrungen 43 und 37 ausgestoßen wird. Die
Scheibe 39 wird unmittelbar zerstört, wodurch ermöglicht wird,
dass die Verbrennungsprodukte in den Durchgang 33 strömen, wodurch
die Scheibe 29 zerstört
wird und es ermöglicht
wird, dass das unter Druck stehende Löschmittel in dem Behälter 24 über das
Rohr 19 durch den Anschluss 27 nach außen strömt. Das
Löschmittel
wird dann zu jeweiligen Düsen
geliefert, die über
dem Verbrennungsvorgang liegen, der durch die Sensoren 18 erfasst
wurde. Die Verwendung von rauchlosem Pulver als das Treibmittel
für den
Aktivator 17 hat den Vorteil, dass adäquate Verbrennungsprodukte
erzeugt werden, um die Berstscheibe 29 schnell zu öffnen und
das Löschmittel
aus dem Behälter 24 freizugeben,
und zwar ohne eine gleichzeitige Explosion, wie im Fall einer Zündkapsel.
Außerdem
werden durch das relativ langsam abbrennende rauchlose Pulver heiße Verbrennungsprodukte
erzeugt, aber die dadurch erzeugte Drücke sind nicht ausreichend,
um die Hauptkörpereinheit 45 des
Aktivators 17 zu zerstören.
Gleichzeitig öffnen sich
die Berstscheiben 39 und 29, zersplittern aber nicht,
und die Mylar-Scheibe 39 wird durch die heißen Gase
vollständig
aufgebraucht. Als Folge werden keine Metallteile oder andere gefährliche
Bruchstücke
erzeugt, die zusammen mit dem Löschmittel stromabwärts in das
durch das Löschsystem
geschützte
Gebiet strömen
können.
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11 zeigt
einen Löschmittel-Behälter und eine
Zuführeinheit,
wobei herausgefunden wurde, dass diese besonders praktisch für Anwendungen zum
Unterdrücken
von Explosionen sind. Der Behälter 24 aus 4 enthält eine Menge
an unter Druck stehendem Löschmittel,
das durch eine Berstscheibe 25 in dem Behälter gehalten
wird. Eine Düsen- und Abdeckbaugruppe 79 ist
in überliegender
Beziehung zu der Berstscheibe 25 vorgesehen. Der Initiator 26 kann
entweder eine Zündkapsel-Vorrichtung
sein, wie vorstehend beschrieben, oder ein Kartuschen-Initiator,
wie zum Beispiel der Aktivator 17. Die Funktion der in 11 gezeigten
Löscheinheit
ist identisch zu der, die unter Bezugnahme auf die Löscheinheit aus 6 beschrieben
ist, und zwar für
den Fall eines Gasgenerators vom Typ einer Kartusche, wie zum Beispiel
der Aktivator 17, oder bei Zündung einer Zündkapsel-Vorrichtung
in dem Hauptrohr des Initiators 26, wie in dieser Figur
gezeigt.
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Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf das in den beiliegenden Figuren
dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben wurde, sei angemerkt, dass Äquivalente verwendet werden
können
und hier Ersetzungen durchgeführt
werden können,
ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, der in den Patentansprüchen definiert
ist. Beispielsweise, obwohl das manuell betätigte Betätigungsmittel 10 vorzugsweise
in Verbindung mit einem Feuerlösch- oder Explosionsschutzsystem 12 verwendet
wird, ist es für
den Fachmann offensichtlich, dass dieses auch verwendet werden kann,
um einen manuell erzeugten Steuerimpuls oder ein Signal zu elektrisch
ansprechenden Vorrichtungen in anderen Typen von Systemen zu liefern,
die ein Steuersignal benötigen.