EP0014874A2 - Mit Strahlunsimpulsen arbeitender Brandmelder - Google Patents

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EP0014874A2
EP0014874A2 EP19800100508 EP80100508A EP0014874A2 EP 0014874 A2 EP0014874 A2 EP 0014874A2 EP 19800100508 EP19800100508 EP 19800100508 EP 80100508 A EP80100508 A EP 80100508A EP 0014874 A2 EP0014874 A2 EP 0014874A2
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fire detector
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EP19800100508
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    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10Actuation by presence of smoke or gases automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/103Actuation by presence of smoke or gases automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light-emitting and receiving device
    • G08B17/107Actuation by presence of smoke or gases automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light-emitting and receiving device for detecting light-scattering due to smoke
    • GPHYSICS
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    • G08B17/11Actuation by presence of smoke or gases automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using an ionisation chamber for detecting smoke or gas
    • G08B17/113Constructional details

Abstract

Bei einem Brandmelder, bei welchem in eine Messkammer (1) impulsweise Strahlung im sichtbaren oder infraroten Spektralgebiet ausgesandt wird, ist ein akustischer Aufnehmer (7) vorgesehen, welcher die bei Absorption der Strahlungsimpulse durch Rauch- oder Aerosolpartikel entstehenden Luftdruckschwingungen sammelt und in Koinzidenz mit den Strahlungsimpulsen auswertet. Bei Ueberschreitung einer bestimmten Intensität der akustischen Impulse wird ein Brandalarmsignal ausgelöst. Auf diese Weise lässt sich insbesondere stark absorbierender Rauch sicher und mit sehr hoher Empfindlichkeit in einer Messkammer (1) mit kleinen Abmessungen nachweisen. In einer Weiterbildung ist ein zusätzlicher Streustrahlungsempfänger (11) vorgesehen, welcher vorzugsweise stark streuenden Rauch registriert. Der akustische und der Streustrahlungs-Auswertekanal sind in einer ODER-Schaltung (14) mit dem Alarmsignalgeber (10) verbunden. In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Uebertragung der Strahlung und die Signalübermittlung von akustischem Aufnehmer (27) mittels Strahlungsleitern (L1...L5) ohne elektrische Leitungen. Ein solcher Brandmelder ist besonders funktionssicher und störunanfällig.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Brandmelder mit einer impulsweise betriebenen Strahlungsquelle, deren elektromagnetische Strahlung in eine Messraumkammer geteilt wird, zu welcher die auf das Auftreten von Rauch- und Aerosolpartikeln zu untersuchende Luft Zutritt hat.
  • Solche auch also optische Rauchmelder bekannten Brandmelder werten die Tatsache aus, dass die in einen Messraum von einer Strahlungsquelle ausgesandte Strahlung, z.B.UV, sichtbares Licht oder Infrarotstrahlung bei Anwesenheit von Rauchpartikeln oder Brandaerosol in der Messkammer in bestimmter Weise beeinflusst wird.
  • Vorzugsweise arbeiten diese Brandmelder nach dem Streustrahlungsprinzip, wobei ein nicht von direkter Strahlung getroffener Streustrahlungsempfänger vorgesehen ist, welcher die an Rauchpartikeln gestreute Strahlung empfängt und ein Brandalarmsignal auslöst,sobald die Streustrahlungsintensität eine vorgegebene Schwelle überschreitet, wie z.B. im US-Patent 4175 865 oder CH-Patent 592 932 beschrieben.
  • Nachteilig ist bei solchen Brandmeldern jedoch, dass sie nur auf stark streuenden Rauch reagieren, sogenannten weissen Rauch, wie er beispielsweise bei einem Brand feuchten Materials entsteht. Sie reagieren jedoch nicht auf stark strahlungsabsorbierenden und daher nur wenig Streustrahlung erzeugenden Rauch, sogenannten schwarzen Rauch, wie er bei sich schnell entwickelnden Bränden oder bei unvollständiger Verbrennung häufig auftritt. Vorbekannte Streustahlungsbrandmelder waren daher nicht in der Lage, Brandtypen, die mit dem Auftreten von stark strahlungsabsorbierendem, also schwarzem Rauch verbunden sind,zu melden. Besonders nachteilig ist dies bei sich schnell entwickelnden Bränden, bei denen Streustrahlungsbrandmelder häufig erst zu spät ein Alarmsignal auslösen.
  • Andere vorbekannte optische Rauchmelder arbeiten nach dem Extinktionsprinzip. Dabei wird ein Strahlungsempfänger von der Strahlungsquelle direkt bestrahlt. Bei Anwesenheit von Rauch vermindert sich dessen Bestrahlung infolge der Strahlungsabsorption an Räuchpartikeln und der Strahlungsstreuung.Bei einer bestimmten Bestrahlungsverminderung wird ein Brandalarmsignal ausgelöst. Solche Brandmelder sind zwar in der Lage, auch stark absorbierenden, also schwarzen Rauch nachzuweisen, sie erfordern jedoch relativ grosse Absorptionsweglängen in der Grössenordnung eines Meters, wenn bereits, wie in der Praxis erforderlich, schon eine geringe Rauchdichte mit hinreichender Empfindlichkeit nachgewiesen werden soll. Solche Brandmelder lassen sich daher nur sehr schwer in den in der Praxis erforderlichen Abmessungen von höchstens 10 cm herstellen, wenn nicht komplizierte, empfindliche, teure und verstaubungsanfällige Umlenkspiegelsysteme verwendet werden.
  • Extinktionsbrandmelder sind zwar in der Lage, verschiedene Rauchtypen mit relativ gleichmässiger Empfindlichkeit nachzuweisen. Ihnen haftet jedoch der Nachteil an, dass eine relativ geringe Aenderung eines relativ grossen Bestrahlungswertes sicher nachgewiesen werden muss, was in der Praxis eine extrem gute und entsprechend komplizierte und teure Langzeitstabilisierung der Strahlungsquelle erforderlich macht. Daher haben sich in der Praxis Streulichtbrandmelder weitgehend durchgesetzt, bei welchen die viel leichter und ohne grossen Stabilisierungsaufwand feststellbare Abweichung eine Grösse von Null bestimmt wird, wobei jedoch der Nachteil in Kauf genommen werden muss, dass solche Streulichtbrandmelder nicht auf alle Brandtypen reagieren.
  • Ein weiterer, allen vorbekannten optischen Brandmeldern anhaftender Nachteil ist, dass sie nur auf Rauchpartikel ansprechen, deren Abmessungen grösser als etwa die Strahlungswellenlänge, d.h. grösser als etwa lJumsind. Kleinere Partikel, welche bevorzugt im Anfangsstadium eines Brandes auftreten, können nicht nachgewiesen werden, sodass solche optischen Brandmelder ein Alarmsignal häufig erst zu einem zu späten Zeitpunkt auslösen, sodass meist anderen, schneller ansprechenden Brandmeldertypen, wie z.B. Ionisationsfeuermeldern, der Vorzug gegeben wird, wobei dann allerdings der Nachteil in Kauf genommen werden muss, dass radioaktive Präparate verwendet werden müssen, die wiederum andere unerwünschte Auswirkungen haben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obenerwähnten Nachteile vorbekannter optischer Brandmelder zu vermeiden und einen solchen Brandmelder zu schaffen, welcher auf die verschiedenen in der Praxis auftretenden Brandtypen sicher und mit schnellerem Ansprechverhalten und höherer Empfindlichkeit reagiert, insbesondere sowohl auf schwarzen als auch auf weissen Rauch, als auch auf nicht sichtbare Aerosolpartikel, und welcher zudem einfach aufgebaut ist und kleine Abmessungen aufweist, sowie funktionssicher und störunanfällig über längere Zeiträume arbeitet. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein akustischer Aufnehmer vorgesehen ist, welcher die durcd die Absorption der Strahlungsimpulse von den Partikeln Erzeugten Luftschwingungen aufnimmt und an eine Auswerte- Einheit angeschlossen ist, welche ein Signal auslöst, sobald die Intensität dieser Luftschwingungen eine vorgeschriebene Schwelle überschreitet.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird die Tatsache ausgenützt, dass durch die Absorption der von der Strahlungsquelle erzeugten Strahlungsimpulse von Partikeln im Strahlungsbereich durch die momentane Erhitzung Luftdruckimpulse entstehen. Die während jedes Strahlungsimpulses erzeugten Luftdruckschwankungen werden von einem akustischen Aufnehmer gesammelt und summiert, an dessen Ausgang also in Koinzidenz mit den Strahlungsimpulsen ein Ausgangsimpuls auftritt, welcher von einer Auswerte-Einheit weiter zur Alarmsignalgabe ausgewertet wird.
  • Dabei können die Verbindungen zwischen der Messkammer und der Auswerte-Einheit als elektrische Leitungen ausgebildet sind, wobei der akustische Aufnehmer einen akustisch-elektrischen Wandler z.B. ein Mikrophon aufweist.
  • Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich, wenn die Verbindungen zwischen der Messkammer und der Auswerte-Einheit ausschliesslich aus strahlungsleitenden Elementen, vorgenannten Lichtleitern besteht. Dabei ist zweckmässigerweise die Strahlungsquelle nicht in der Messkammer sondern in der Auswerte-Einheit angeordnet.
  • Die von der Strahlungsquelle emittierten Strahlungsimpulse werden von einem Lichtleiter in die Messkammer übertragen. Dort befindet sich statt eines Mikrophons ein akustisch-optischer Wandler, der ebenfalls über einen Lichtleiter Strahlung der Strahlungsquelle erhält und diese bei Auftreten von Luftschwingungen in veränderter Form über einen weiteren Lichtleiter an die Auswerte-Einheit zurückleitet. Das veränderte optische Signal wird hier von einem Strahlungsaufnehmer empfangen und in ein elektrisches Signal umgesetzt, das von der Signalschaltung weiter zur Alarmsignalgabe ausgewertet wird.
  • Diese Weiterbildung der Erfindung hat den Vorteil, dass keinerlei elektrische Verbindungen zwischen der Messkammer und der Auswerte-Einheit vorhanden sind, und die Signalübertragung ausschliesslich auf optischem Weg erfolgt. Ein solcher Brandmelder ist daher völlig unabhängig von elektrischen Störungen, beispielsweise von kurzzeitigen Netzschwankungen oder in den Leitungen induzierten Spannungen. Ausserdem ist er automatisch explosionssicher, d.h. er kann ohne Einschränkung auch in explosionsgefährdeter Umgebung verwendet werden.
  • Die Erfindung, sowie weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens werden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele von Brandmeldern erläutert.
    • Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Messkammer eines Brandmelders sowie eine geeignete Signalschaltung in Blockform.
    • Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch die Messkammer dieses Brandmelders.
    • Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Brandmelders mit zugehörigem Blockschaltbild.
    • Figur 4-6 zeigen dabei verwendete akustisch-optisone
      Figure imgb0001
      Der in Figur 1 + 2 dargestellte Brandmelder weist eine Messkammer 1 auf, welche in einem Gehäuse eingeschlossen ist., welches beispielsweise aus einer zylindrischen oder leicht konischen Wand 2,einem oberen Deckel 3 und einem unteren Deckel 4 bestehen kann. Zu dieser Messkammer 1 hat die auf die Anwesenheit von Rauch- oder Brandaerosol zu untersuchende Luft Zutritt. Dies kann beispielsweise durch Zuführung der zu untersuchenden Luft über eine Eintrittsöffnung E und eine Austrittsöffnung A erfolgen oder durch Konvektion, wobei in der Kammerwand 2 oder im unteren Deckel 4 geeignete Oeffnungen vorgesehen sein können, durch welche die umgebende Luft in die Messkammer 1 eintreten kann. Diese Oeffnungen können in bekannter Weise lichtdicht ausgebildet sein, um das Umgebungslicht von der Messkammer 1 fernzuhalten.
  • In der Messkammer am oberen Deckel 3 befindet sich eine Strahlungsquelle 5, beispielsweise ein LASER oder eine Licht oder Infrarotstrahlung emittierende Diode. Diese Strahlungsquelle wird von einem Oszillator 6 impulsweise betrieben und sendet in das Messkammerinnere Strahlungsimpulse mit einer bestimmten Impulsfrequenz, beispielsweise im Bereich zwischen 1 und 20 kHz aus.
  • An einer anderen Stelle der Messkammer 1 ist ein akustischer Aufnehmer 7 vorgesehen, z.B. ein kapazitives Elektret-Mikrophon mit elektrisch polarisierter Folie. Befindet sich nun Rauch oder Brandaerosol in der Messkammer 1 so werden die Strahlungsimpulse von den Partikeln im Strahlungsbereich absorbiert. Dabei erwärmen sich diese Partikel kurzzeitig und es entsteht eine Luftdruckwelle von jedem Partikel. Die einzelnen Druckimpulse summieren sich und können somit vom akustischen Aufnehmer 7 als Luftschwingung oder als Druckimpuls wahrgenommen werden.
  • Das Auftreten solcher Luftschwingungen während eines Strahlungsimpulses ist also ein untrügliches Zeichen, dass im bestrahlten Messraum 1 strahlungsabsorbierende Partikel vorhanden sind. Dabei zeigt sich im übrigen, dass auch Partikel, welche kleiner sind als die Wellenlänge der Strahlung, bereits einen Beitrag liefern, d.h. dass auch die im Frühstadium eines Brandes auftretenden Aerosolpartikel nachgewiesen werden können. Zur Auswertung der Luftschwingungen ist der akustische Aufnehmer 7 an eine Auswerteschaltung S angeschlossen. Zunächst wird das Ausgangssignal des akustischen Aufnehmers 7 einem PhasenkomparatorS zugeführt, welcher in Koinzidenz mit der Strahlungsquelle 5 vom Oszillator 6 angesteuert wird. Damit wird erreicht, dass nur während der Impulsdauer der Strahlungsimpulse das vom akustischen Aufnehmer 7 abgegebene Signal ausgewertet und an den nachgeschalteten Schwellenwertdetektor 9 weitergegeben wird. Sobald die Intensität der Ausgangsimpulse des akustischen Aufnehmers 7 eine bestimmte Schwelle überschreitet, liefert dieser Schwellenwertdetektor 9 an den von ihm angesteuerten Signalgeber 10 ein Alarmsignal. Dabei können in bekannter Weise wie bei anderen optischen Brandmeldern Integrations- oder Verzögerungsglieder zwischengeschaltet sein, um fehlerhafte Alarmauslösungen durch einzelne Impulse zu vermeiden. Weiterhin können zur Vermeidung von störenden Einschwingimpulsen bekannte Massnahmen zur Unterdrückung der EinschwingVorgänge, beispielsweise im Phasenkomparator 8, vorgesehen sein.
  • Als besonders zweckmässig hat es sich erwiesen, wenn die Impulsfrequenz der Strahlungsimpulse, also die Frequenz des Oszillator 6 und die Abmessungen der Messkammer 1 derart aufeinander abgestimmt sind, dass in-der Messkammer stehende akustische Wellen entstehen. Bei einer zylindrischen Messkammer mit einem Durchmesser von 5 cm liegt beispielsweise die tiefste zylindersymmetrische Resonanzschwingung bei 8,2 kHz. Weitere Resonanzschwingungen mit anderen Frequenzen lassen sich ebenfalls anregen und benützen, sind aber in der Regel etwas stärker gedämpft und liefern ein entsprechend schwächeres Signal. Infolge der auftretenden Resonanz lässt sich jedenfalls eine wesentliche Verstärkung des Signales am akustischen Aufnehmer 7 erreichen.
  • Besonders günstige Abmessungen, wie sie in der Praxis von einem Brandmelder gefordert werden, lassen sich also wie vorstehend erläutert beispielsweise erreichen, wenn eine Strahlungsimpulsfrequenz in der Grössenordnung von 8 kHz gewählt wird. Ueberraschenderweise zeigte sich, dass trotz dieser sehr kleinen Abmessungen der Messkammer der akustische Aufnehmer 7 ein so grosses Ausgangssignal liefert, das sich auf einfache Weise störsicher auswerten lässt. Somit war es möglich, die Messkammerabmessungen um mindestens eine Grössenordnung kleiner zu wählen, als dies bei Extinktionsbrandmeldern üblich war, ohne dass wie bei Extinktionsbrandmeldern üblich, eine Vielzahl von empfindlichen, genau zu justierenden und verstaubungsanfälligen Umlenkspiegeln erforderlich war. Trotzdem lässt sich mit der beschriebenen Anordnung insbesondere stark absorbierender, d.h. schwarzer Rauch mit überraschend hoher Empfindlichkeit nachweisen.
  • Um zusätzlich auch weniger stark absorbierende Rauchpartikel, welche lediglich eine Strahlungsstreuung verursachen, z.B. wasserdampfhaltigen oder weissen Rauch nachzuweisen, hat es sich in einer Weiterbildung der Erfindung als zweckmässig erwiesen, zusätzlich einen Streustrahlungsempfänger 11 in der Messkammer 1 vorzusehen. Die Anordnung kann dabei beispielsweise entsprechend den im Schweizerpatent Nr. 592 932 beschriebenen Rauchdetektoren gewählt werden, wobei die Strahlungsquelle 5 eine kegelringförmige Strahlungscharakteristik besitzt und der Strahlungsempfänger 11 in der Kegelachse, jedoch ausserhalb des direkten Strahlungsbereiches, angeordnet ist. Ausserdem wird der Strahlungsempfänger 11 von der direkten Strahlung durch ein Blendensystem B abgeschirmt, beispielsweise zur Fernhaltung der Strahlungsstreuung an den Kanten als Doppelblende ausgeführt.
  • Dieser Streustrahlungsempfänger 11 ist an einen weiteren, ebenfalls vom Oszillator 6 angesteuerten Phasenkomparator 12 angeschlossen, welcher ebenso wie der erste Phasenkomparator 8 das eintreffende Signal in Koinzidenz mit den Strahlungsimpulsen verstärkt und an einen zweiten Schwellenwertdetektor 13 weitergibt. Sobald die Intensität des Ausgangssignales des Streustrahlungsempfängers 11 während der Dauer der Strahlungsimpulse nun eine weitere Schwelle überschreitet, steuert der Schwellenwertdetektor 13 nun ebenfalls einen Signalgeber an. Dabei kann es sich um den gleichen Signalgeber 10 handeln, wie derjenige, der durch die Ausgangssignale des akustischen Aufnehmers 7 angesteuert wird, wobei die Schwellenwertdetektoren beider Kanäle 9 und 13 jeweils mit den Eingängen eines ODER-Tores 14 oder einer entsprechenden Schaltung verbunden sind, an dessen Ausgang der gemeinsame'Brandalarm-Signalgeber 10 angeschlossen ist. In jedem der beiden Kanäle können jedoch auch separat gewisse Signalgeber oder Hilfsgeräte angesteuert werden, deren Auslösung je nach Auftreten einer bestimmten Rauchart zweckmässig ist. Beispielsweise kann durch den akustischen Auswertekanal, welcher bevorzugt bei schnell sich ausbreitenden Bränden ansprechen wird, eine Brandlöschanlage 15 angesteuert werden, während durch den Streustrahlungskanal, welcher bevorzugt bei Auftreten von\ weissem Rauch ansprechen wird, wegen der damit verbundenen Sichtbehinderung Fluchtweg-oder Evakuationsanzeigeeinrichtungen 16 betätigt werden. Die beiden zusätzlichen Hilfsgeräte 15 oder 16 können jedoch auch als separate Signalgeber ausgebildet sein, um in einer Signalzentrale erkennen zu können, welche Art von Rauch, d.h. welcher Brandtyp gemeldet wird. In dieser Weise, d.h. durch Einführung eines akustischen Auswertekanales in den genannten Streustrahlungsrauchdetektor lässt sich also ein universell einsetzbarer Brandmelder schaffen, welcher alle in der Praxis auftretenden Brandtypen mit erhöhter Empfindlichkeit und sicherer und schneller nachzuweisen vermag, wobei die Melderabmessungen ausserordentlich klein gehalten werden können und keine Gefährdung durch die Verwendung radioaktiver Substanzen eintreten kann.
  • Die Erfindung lässt sich noch dadurch weiterbilden, dass die Wellenlänge der verwendeten Strahlung im Bereich der Resonanzstrahlung eines Kohlenoxids gewählt wird, beispielsweise von Kohlendioxid oder auch Kohlenmonoxid. Dazu eignet sich als Strahlungsquelle z.B. ein HalbleiterLASER, welcher bevorzugt im Wellenlängenbereich einer solchen Resonanzstrahlung liegt, beispielsweise bei 4,7 µm, 4,3 pm oder 2,7 pm. Als besonders geeignet haben sich dazu Dreielement-LASER-Dioden (three metals LASER diodes) erwiesen, z.B. mit der Zusammensetzung (Pb1-x Snx) Te oder (Pb1-x Snx) Se. Weitere zweckmässige LASER-Dioden sind solche der Zusammensetzung Ga (As P1-x) und (Cd Hg1-x) Te,auch Pb S Se hat sich als geeignete Diode für die Erzeugung von Strahlung im Gebiet von 4 - 8,5 µm erwiesen. Der Vorteil der Verwendung einer Strahlung dieser spektralen Zusammensetzung besteht darin, dass sie auch von Kohlenoxid-Molekülen in der Messkammer absorbiert wird. Es zeigte sich, dass bei Auftreten von Kohlenoxid ebenfalls synchron mit den Strahlungsimpulsen Druckwellen in der Messkammer erzeugt werden, welche ebenfalls vom akustischen Aufnehmer 7 registriert werden. Auch die Anwesenheit von Kohlenoxid in der Luft führt also zur Auslösung eines Signales. Da bei einem Brand in der Regel neben anderen Brandfolgeprodukten auch Kohlen,- oxid entsteht, ist dieser Nachweis von Kohlen- oxid in einem Brandmelder ohnehin sehr erwünscht.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Brandmelder ist die Strahlungsquelle direkt in der Messkammer angeordnet und wird über eine elektrische Leitung mit Spannung versorgt. Der akustische Aufnehmer in der Messkammer erzeugt ein elektrisches Signal, das ebenfalls über eine elektrische Leitung abgenommen und an eine Auswerte-Einheit mit einer Signalschaltung weitergeleitet wird.
  • Diese elektrische Uebertragung kann jedoch in gewissen Fällen auch Nachteile mit sich bringen. Elektrische Netzstörungen oder in den Leitungen induzierten Spannungen können zu Störungen führen und fehlerhafte Signale auslösen. In explosionsgefährdeter Umgebung lassen sich solche Brandmelder nur verwenden, wenn besondere, in der Regel aufwendige Explosionsschutzmassnahmen getroffen werden.
  • Diese Nachteile lassen sich gemäss der im Folgenden beschriebenen Weiterbildung der Erfindung durch Verwendung einer ausschliesslich optischen Uebertragung vermeiden. Der in Figur 3 dargestellte Brandmelder besteht wiederum wie im Beispiel nach Figur 1 + 2 aus einer Messkammer 1 und einer entfernt davon, beispielsweise in einer Signalzentrale angebrachten Auswerteeinrichtung S. (Analoge Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1 und 2). Messkammer und Auswerteeinrichtung sind miteinander durch
    eine Anzahl von strahlungsleitenden Elementen L1, L2 ... L5 verbunden. Diese strahlungsleitenden Elemente, auch als Fiberoptik oder als Lichtleiter bekannt (der Kürze halber in der Folge als Lichtleiter bezeichnet) können je nach Bedarf und in Abstimmung mit anderen Bauteilen des Brandmelders von verschiedener Art gewählt werden. Beispielsweise können klassische Lichtleiter vom Multimode-Typ verwendet werden oder auch, falls dies die anderen Bauteile erfordern, vom Monomode- oder Singlemode- Typ. Die unterschiedlichen Uebertragungseigenschaften der verschiedenen bekannten Lichtleitertypen sind beispielsweise zusammengestellt in: TG Giallorenzi, "Optical Communications Research and Technology: Fiber optics; Proceedings of the IEEE, vol. 66, no. 7, July 1978. 5
  • Es sei bemerkt, dass die einzelnen Lichtleiter L1, L2, L5 entweder aus einem einzigen strahlungsleitenden Element bestehen können oder auch mehrere solcher Elemente,beispielsweise in Form von Lichtleiterbündeln,umfassen können. Ausserdem können die einzelnen Lichtleiter L1, L2 ... L5 , die in Figur 1 der Uebersichtlichkeit halber getrennt dargestellt sind, in der Uebertragungsstrecke zwischen der Messkammer 1 und der Auswerteeinrichtung S zu einem einzigen Lichtleiterbündel zusammengefasst sein. 25
  • Es besteht auch die Möglichkeit, statt nur einer einzigen Messkammer 1, wie in Figur 1 dargestellt, mehrere solcher Messkammern parallel zueinander über ein einziges Lichtleiterkabel an eine Auswerteeinheit S anzuschliessen. Dazu sind in die Lichtleiter L2, L3, L4 und L an den Orten der Messkammern Verzweigungen angebracht, an welchen ein Teil der Strahlungsintensität abgenommen wird, bzw. wieder eingespiesen wird. Auf diese Weise lässt sich eine Brandmeldeanordnung mit mehreren in einem geschützten Bereich verteilt angeordneten Messpunkten schaffen. Bei Wahl von Lichtleitern mit besonders guten Uebertragungseigenschaften könnten dabei Uebertragungslängen erreicht werden, die denen mit elektrischen Leitungen erreichbaren mindestens gleichkommen, jedoch den Vorteil haben, dass keine elektrische Verbindung zwischen Messkammer und Auswerteeinrichtung bestehen muss. Abgesehen von der dadurch gegebenen Störunanfälligkeit insbesondere gegen elektrische Störungen lassen sich die Messkammern daher auch an Orten unterbringen, an denen elektrische Leitungen unerwünscht sind, insbesondere in explosionsgefährdeten Bereichen.
  • Die Messkammer 1 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer zylindrischen oder leicht konischen Wand 22, einem oberen Deckel 3 und einem unteren Deckel 4. Die Wand 22 ist aus gegeneinander versetzten Elementen aufgebaut, so dass die Aussenluft in das Innere eindringen kann, jedoch Licht von der Messkammer ferngehalten wird. Stattdessen kann die zu untersuchende Luft jedoch auch über Eintritts- und Austrittsöffnungen zugeführt werden.
  • In den oberen Deckel 3 ist einer der Lichtleiter L2 eingeführt, über dessen Ende X elektromagnetische Strahlung, d.h. sichtbares Licht, Infrarot- oder Ultraviolettstrahlung in die Kammer hineingestrahlt wird. In den anderen Deckel 4 ist ein weiterer Lichtleiter LS hineingeführt, mit dessen Ende Y Strahlung aus der Messkammer 1 entnommen und zur Auswerteeinrichtung S zurückgeleitet wird. Der Austritt X des Lichtleiters L2 und der Eingang Y des Lichtleiters LS sind durch ein System von Blenden B voneinander abgeschirmt. so dass der Eingang Y des Lichtleiters LS nur Streustrahlung erhält, die von Rauchpartikeln in der Messkammer 1 herrühren.
  • An einer anderen Stelle der Messkammer 1 ist ein akustisch-optischer Wandler 17 angeordnet, der mit weiteren Lichtleitern L3 und L4 mit der Auswerteeinheit S verbunden ist. Dieser akustisch-optische Wandler 17 hat die Eigenschaft, Schallschwingungen in ein optisches Signal umzuwandeln, d.h. ein über den Lichtleiter L3 dem Wandler 17 zugeführtes optisches Signal wird durch die aufgenommenen Schallschwingungen in veränderter Form über den Lichtleiter.L4 zurückgegeben.
  • Zum Nachweis von Rauch- und Aerosolpartikeln in der Messkammer 1 wird die Strahlung einer Strahlungsquelle 25 in der Signalzentrale S über den Lichtleiter L1 , L2 der Messkammer 1 zugeführt. Die Strahlungsquelle 25 wird von einem Oszillator 6 impulsweise betrieben und gibt. an den Lichtleiter L2 daher Strahlungsimpulse mit einer bestimmtem Impulsfrequenz, beispielsweise im Bereich zwischen 1 und 20 kHz ab. In der Messkammer 1 werden die zugeführten Strahlungsimpulse nun von den Rauch- und Aerosolpartikeln absorbiert. Dabei erwärmen sich diese Partikel kurzzeitig und es entsteht bei jedem Strahlungsimpuls eine Luftdruckwelle. Die Druckimpulse der einzelnen Partikel summieren sich und können vom Wandler 17 als untrügliches und ausserordentlich empfindliches Zeichen für das Vorhandensein strahlungsabsorbierender Partikel wahrgenommen werden.
  • Zur Auswertung dieser Luftschwingungen erhält der Wandler 17 einerseits von der Strahlungsquelle 25 über den Lichtleiter L1 und die Abzweigung L3 Strahlung im gleichen Rhythmus wie die in die Messkammer 1 eingestrahlte Strahlung. Der ausgehende Lichtleiter L4 des Wandlers 17 ist in der Auswerteeinheit S mit einem Strahlungsaufnehmer 27 verbunden, dessen Ausgangssignal einem Phasenkomparator 8 zugeführt wird, welcher in Koinzidenz mit der Strahlungsquelle 25 ebenfalls vom Oszillator 6 angesteuert wird. Damit wird erreicht, dass nur während der Impulsdauer der Strahlungsimpulse das vom Wandler 17 abgegebene optische Signal ausgewertet und weitergegeben wird.
  • Das Ausgangssignal des Phasenkomparators 8 wird wieder einem Schwellenwertdetektor 9 zugeführt. Sobald die Intensität der Ausgangsimpulse des Strahlungsaufnehmers 27 eine bestimmte Schwelle überschreitet, liefert dieser Schwellenwertdetektor 9 an den von ihm angesteuerten Signalgeber 10 ein Alarmsignal.
  • Da der akustisch-optische Wandler vorzugsweise auf stark absorbierende Rauchpartikel reagiert, jedoch weniger auf schwach absorbierende, jedoch stark streuende Partikel, wird zusätzlich die Streustrahlung aus der Messkammer über den Eingang Y des Lichtleiters L5 abgenommen und einem weiteren Strahlungsaufnehmer 21 zugeführt. Dieser ist an einen weiteren, ebenfalls vom Oszillator 6 angesteuerten Phasenkomparator 12 angeschlossen, welcher ebenfalls das eintreffende Signal in Koinzidenz mit den Strahlungsimpulsen verstärkt und an einen zweiten Schwellenwertdetektor 13 weitergibt. Sobald die Intensität der aufgenommenen Streustrahlung während der Dauer der Strahlungsimpulse nun eine weitere Schwelle überschreitet, steuert der Schwellenwertdetektor 13 einen Signalgeber an. Dabei kann es sich um den gleichen Signalgeber 10 handeln, wie der vom Wandler 17 angesteuerte, wobei die Schwellwertdetektoren beider Kanäle 9 und 13 jeweils mit den Eingängen eines ODER-Tores 14 verbunden sind, an dessen Ausgang der gemeinsame Alarmsignalgeber 10 angeschlossen ist. In jedem der beiden Kanäle können jedoch auch separate Signalgeber oder Hilfsgeräte 15, 16 angesteuert werden.
  • Besonders zweckmässig ist es auch hier, die Impulsfrequenz der Strahlungsimpulse oder des Oszillators 6 und die Abmessungen der Messkammer 1 derart aufeinander abzustimmen, dass in der Messkammer 1 stehende akustische Wellen entstehen, so dass eine wesentliche Verstärkung des Ausgangssignales des akustisch-optischen Wandlers 17 erreicht werden kann.
  • Als Strahlungsquelle 25 lässt sich im Prinzip eine beliebige geeignete Lampe, eine Licht oder Infrarot emittierende Diode oder ein LASER verwenden. Es ist jedoch zweckmässig., das Spektrum dieser Strahlungsquelle 25 so zu wählen, dass dieses auf Uebertragungseigenschaften der Lichtleiter, insbesondere bei Verwendung von Monomode-Lichtleitern,sowie an die Eigenschaften des akustisch-optischen Wandlers 17 angepasst ist.
  • Figur 4 zeigt einen akustisch-optischen Wandler, welcher speziell zum Betrieb mit einem Monomode-Lichtleiter geeignet ist. Er weist ein Gehäuse H auf, das durch eine schwingungsfähige Membran M abgeschlossen-ist, so dass im Innern R ein bestimmter Referenzdruck herrscht. Auf der Membran M ist ein durchgehender Lichtleiter L3, L4 befestigt, z.B. aufgekittet. Bei geringfügigen Deformationen dieser Membran M durch Einwirkung von Schallschwingungen verbiegt sich ebenfalls der Lichtleiter, wobei dessen optische Uebertragungseigenschaften sich ändern. Diese Aenderung ist besonders markant, wenn ein Lichtleiter vom Monomode-Typ verwendet wird, und das Spektrum der über den Lichtleiter L3 zugeführten Strahlung auf dessen Durchlässigkeitsmaximum abgestimmt ist. Je nach Einstellung lässt sich erreichen, dass sich die Durchlässigkeit bei jedem Schallimpuls entweder verbessert oder verschlechtert. Entsprechend ist die Auswerteeinheit auf die Verarbeitung positiver oder negativer Strahlungsimpulse abzustimmen.
  • Figur 5 zeigt einen akustisch-optischen Wandler, welcher auch mit klassischen oder Multimode-Lichtleitern betrieben werden kann. Wiederum ist ein Gehäuse H mit einem durch eine Membran M abgeschlossenen Innenraum R vorgesehen. Die Membran M ist an der Aussenseite reflektierend oder streuend ausgebildet, so dass die über den Lichtleiter L3 zugeführte Strahlung an der Oberfläche reflektiert oder gestreut wird und vom Lichtleiter L4 aufgenommen werden kann. Bei einer Deformation der Membran M infolge von Einwirkung von Schallschwingungen ändert sich der Betrag der vom Lichtleiter L4aufgenommenen Strahlung, so dass auch hier jede Einwirkung von Schallschwingungen oder Druckimpulsen eine Aenderung des optischen Signales bewirkt.
  • Figur 6 zeigt einen autonomen piezoelektrischen Wandler, der ein unter Schalleinwirkung deformierbares piezoelektrisches Element P enthält, das bei jeder Deformation eine elektrische Ladung oder Spannung abgibt. Das piezoelektrische Element P ist mit einem Element mit elektrisch steuerbarer Transparenz oder Reflexion, z.B. einem Flüssigkristall LCD, so verbunden, dass die Durchlässigkeit dieses Elementes durch die vom piezoelektrischen Element abgegeben Spannung beeinflusst wird. Bei Schalleinwirkung auf den Wandler ändert sich daher die Reflexion der über den Lichtleiter L3 zugeführten Strahlung und somit auch die Intensität der vom Lichtleiter L4 abgenommenen Strahlung.
  • Es wird bemerkt, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern auch mit Elementen äquivalenter Wirkung realisiert werden kann. Durch Detektion der durch Rauch verursachten Luftschwingungen lässt sich ein besonders empfindlicher, zuverlässiger und störunanfälliger Brandmelder betreiben.

Claims (16)

1. Brandmelder mit einer impulsweise betriebenen Strahlungsquelle, die elektromagnetische Strahlung in eine Messkammer aussendet, zu welcher die auf das Auftreten von Pauch- und Aerosolpartikeln zu überwachende Luft Zutritt hat, dadurch gekennzeichnet, dass ein akustischer Aufnehmer (7.27) vorgesehen ist, welcher die durch die Absorption der Strahlungsimpulse von den Partikeln erzeugten Luftschwingungen aufnimmt und an eine Auswerte-Einheit (S) angeschlossen ist, welche ein Signal auslöst, sobald die Intensität dieser Luftschwingungen eine vorgegebene Schwelle überschreitet.
2. Brandmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Oszillator (6) vorgesehen ist, welcher die Strahlungsquelle (5,25) impulsweise mit einer bestimmten Impulsfrequenz steuert und gleichzeitig eine Signalschaltung (8.12) in der Auswerteschaltung (S) in Koinzidenz mit den Strahlungsimpulsen ansteuert.
3. Brandmelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signal- schaltung (S) einen vom Oszillator (6) angesteuerten Phasenkomparator (8) aufweist, welcher im wesentlichen nur während der Dauer der Strahlungsimpulse das Ausgangssignal des akustischen Aufnehmers (7) auswertet, sowie einen Schwellenwertdetektor (9) welcher ein Signal an einen Signalgeber (10) abgibt, sobald die Intensität des Ausgangssignales des akustischen Aufnehmers (7) eine vorgegebene Schwelle überschreitet.
4. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Messkammer (1) so gewählt sind, dass bei der für den Betrieb der Strahlungsquelle (5) gewählten Impulsfrequenz in der Messkammer (1) stehende akustische Wellen vorhanden sind.
5. Brandmelder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsfrequenz der Strahlungsquelle zwischen 1 und 20 kHz, vorzugsweise in der Umgebung von 8 kHz liegt.
6. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Streustrahlungsempfänger (11) vorgesehen ist, welcher die an Rauchpartikeln in der Messkammer (1) im Strahlungsbereich der Strahlungsquelle (5) gestreute Strahlung aufnimmt, jedoch keine direkte Strahlung von der Strahlungsquelle (5) erhält und welcher ein Signal abgibt, sobald die Intensität der aufgenommenen Streustrahlung eine vorgegebene Schwelle überschreitet.
7. Brandmelder nach Anspruch und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Streustrahlungsempfänger (11) mit einer Auswerteschaltung verbunden ist, welche einen vom Oszillator (6) in Koinzidenz gesteuerten weiteren Phasenkomparator (12) aufweist, sowie einen weiteren Schwellenwertdetektor (13) welcher einen Signalgeber (10) ansteuert, sobald das Ausgangssignal des Streulichtempfängers (11) eine vorgegebene Schwelle überschreitet.
8. Brandmelder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (S) eine ODER-Schaltung (14) aufweist, deren Eingänge von den beiden Schwellenwertdetektoren (9, 13) angesteuert werden, und deren Ausgang den Signalgeber (10) ansteuert.
9. Brandmelder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass von den Ausgangssignalen der Schwellenwertdetektoren (9, 13) wahlweise Hilfsgeräte (15, 16) direkt ansteuerbar sind.
10. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (5) Strahlung im Wellenlängenbereich der Resonanzstrahlung eines Kohlenoxidsaussendet.
ll. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1-10 dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (25), sowie ein Strahlungsaufnehmer (27) in einer Auswerte-Einheit (5) angeordnet sind, dass die Strahlung der Strahlungsquelle über wenigstens ein strahlungsleitendes Element (Ll,L2, L3) der Messkammer (1) sowie dem akustischen Aufnehmer (17) zugeleitet wird, und dass der akustische Aufnehmer (17) als akustisch-optischer Wandler ausgebildet ist und das-gegebenfalls durch Luftschwingungen veränderte optische Signal über wenigstens ein weiteres strahlungsleitendes Element (L4) an den Strahlungsaufnehmer (27) zurückleitet.
12. Brandmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlungsleitenden Elemente (L1...L5) vom Monomode-Typ ausgebildet sind.
13. Brandmelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der akustisch-optische Wandler (17) ein durch Schallschwingungen deformiertes Element (M) aufweist, auf dem wenigstens ein strahlungsleitendes Element (L2, L3) so befestigt ist, dass sich dessen optische Uebertragungseigenschaften bei Deformation des Elementes (M) infolge gleichzeitiger Verformung ändern, wobei das strahlungsleitende Element (L2, L3) eine durchgehende Schleife bildet, deren eines Ende mit der Strahlungsquelle (25) und das andere Ende mit der Auswerteeinrichtung (27) verbunden ist.
14. Brandmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der akustisch-optische Wandler (17) ein durch Schallschwingungen in Vibration gebrachtes Element (M) aufweist, dass die Strahlung über wenigstens ein strahlungsleitendes Element (L2) auf das vibrierende Element gerichtet und die vom vibrierenden Element (M) reflektierte und gestreute Strahlung von wenigstens einem weiteren strahlungsleitenden Element (L3) abgenommen und der Auswerteeinrichtung (27) zugeleitet wird.
15. Brandmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der akustisch-optische Wandler (17) ein piezoelektrisches Element (P) aufweist, das sich bei der Schalleinwirkung verformt und eine elektrische Spannung abgibt, sowie ein Element (LCD) mit elektrisch steuerbarer Transparenz, dem diese Spannung zugeführt wird, und das bei Vibration des piezoelektrischen Elementes (P) das über das oder die strahlungsleitenden Elemente (L2) zugeführte optische Signal verändert.
16. Brandmelder nach einem der Ansprüche 11-15 dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerte-Einheit (S) ein Strahlungsempfänger (21) der über wenigstens ein zusätzliches strahlungsleitendes Element (L5) mit der Messkammer (1) verbunden ist und aus dieser an Rauchpartikeln gestreute Strahlung aufnimmt und der Auswerte-Einheit (S) zuleitet.
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