EP0535029B1

EP0535029B1 - Zustandsmeldevorrichtung zur meldung eines vorgegebenen temperaturzustands, dafür geeigneter temperatursensor und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: EP0535029B1
Application number: EP91910757A
Authority: EP
Inventors: Heinz Bauer
Original assignee: Dylec Ltd
Current assignee: Dylec Ltd
Priority date: 1990-06-19
Filing date: 1991-06-19
Publication date: 1994-09-14
Anticipated expiration: 2011-06-19
Also published as: WO1991020065A2; JPH06500873A; DE59102963D1; DK0535029T3; EP0535029A1; DE4120126A1; AU8084291A; ES2064107T3; CA2085872A1; US5463375A; ATE111621T1; WO1991020065A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Zustandsmeldevorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung, einen dafür geeigneten Temperatursensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12 und ein Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
Bekannte Zustandsmeldevorrichtungen der oben genannten Art dienen dem Zweck, beim Auftreten eines extremen Temperaturzustands ein Alarmsignal abzugeben und gleichzeitig erkennbar zu machen, welcher der beteiligten Temperatursensoren das Alarmsignal ausgelöst hat (US-A-4 340 886, EP-A-0 004 911, GB-A-2 174 525, Electronics Weekly Nr. 778, 13. August 1975, Electronic Design, Band 13, Nr. 1, 10. Januar 1985, DE-A-31 28 811). Die Temperaturüberwachung erfolgt dabei z.B. zum Zwecke der Brandmeldung oder zur Überwachung der Temperatur z.B. von Motoren, Lagern, Öfen oder Kühlanlagen. Als Temperatursensoren dienen Thermoelemente, Widerstands-Temperaturfühler, temperaturempfindliche Dioden, Quecksilberschalter od. dgl., aber auch z.B. übliche Brandmelder oder Glasbruchdetektoren, die sich sämtlich durch verhältnismäßig langsame Ansprechzeiten, geringe Empfindlichkeiten und große Abmessungen auszeichnen.
Nach einer Aufgabe der Erfindung soll die eingangs bezeichnete Zustandsmeldevorrichtung nicht nur zur Temperaturüberwachung, sondern auch zur automatischen Auslösung einer Löschanlage geeignet sein, wie dies beispielsweise in Flugzeugen, Panzern, Gefahrgut-Tankwagen od.dgl. wegen der dort häufig explosionsartig auftretenden Brände erwünscht und erforderlich ist. Für diesen Anwendungszweck müssen daher nicht nur sehr kleine und daher sehr schnell ansprechende, mit hohen Frequenzen abtastbare Temperatursensoren, sondern auch Verfahren zur Verfügung stehen, mittels derer derartige Temperatursensoren mit einer so hohen mechanischen und thermischen Stabilität hergestellt werden können, daß sie auch in hochsensiblen Branderkennungs- und Brandbekämpfungsanlagen an bewegten Fahrzeugen angewendet werden können, ohne daß die Gefahr von mechanischen oder thermischen Beschädigungen besteht. Der Erfindung liegt daher auch die Aufgabe zugrunde, einen für eine solche Zustandsmeldevorrichtung besonders geeigneten Temperatursensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung vorzuschlagen.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1, 12 und 14.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß sie eine sinnvolle Anwendung von Heißleitern ermöglicht und dadurch deren an sich bekannte Vorteile wie z.B. kleine Abmessungen, kurze Ansprechzeiten und hohe Empfindlichkeit nutzt. Außerdem werden Temperatursensoren vorgeschlagen, die eine Temperaturmessung der sie umgebenden Luft ermöglichen, gleichzeitig aber sehr klein gehalten und dennoch wirksam vor mechanischen Beschädigungen geschützt werden können und daher besonders zur Anwendung bei beengten Raumverhältnissen geeignet sind. Das erfindungsgemäße Verfahren schließlich schafft eine Möglichkeit, derartige Temperatursensoren so zu fertigen, daß die Vergußmasse einerseits auch bei zu messenden Temperaturen von z.B. 300 - 900° C nicht flüssig wird, andererseits aber auch nicht so hart wird, daß das entscheidende Sensorteil, nämlich die Heißleiterperle, infolge innerer Spannungen bei der Herstellung oder beim Gebrauch platzt und damit unbrauchbar wird. Da schließlich beim erfindungsgemäßen Temperatursensor die Heißleiterperle trotz ihres mechanischen Schutzes unmittelbar der Luft ausgesetzt bleibt, ergeben sich hohe Reaktionsgeschwindigkeiten der gesamten Temperaturmeldevorrichtung mit der Folge, daß kritische Temperaturüberschreitungen, Brände od. dgl. nicht erst verzögert, sondern bereits nach Bruchteilen von Sekunden gemeldet werden.
Angesichts der oben beschriebenen Vorteile und Leistungen des neuen Sensors, aber auch angesichts der erheblichen Kostenvorteile ergeben sich für die erfindungsgemäße Zustandsmeldevorrichtung auch zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten in Überhitzungs- oder Branderkennungsanlagen wie z.B. bei Hausinstallationen, bei der Erkennung von Reifenüberhitzungen bei Lastkraftwagen, bei Kraftwerken oder in der Schiffahrt sowie bei automatischen Löschanlagen in öffentlichen und privaten Gebäuden.
Außer für die Warnfunktion kann die Zustandsmeldevorrichtung aber auch als Teil einer Regelanlage verwendet werden. Hieraus ergeben sich dann in Verbindung mit der Elektronik weitere zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten wie z.B. im Bereich der Klimatechnik oder der Heizungsregelung.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung am speziellen Ausführungsbeispiel einer Branderkennungsanlage näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Temperatursensor etwa im Maßstab 1 : 1 in einer auseinandergezogenen Vorderansicht;
Fig. 1a den Temperatursensor nach Fig. 1 im gefügten Zustand und in einer teilweise geschnittenen Vorderansicht;
Fig. 2 ein Netzteil für die erfindungsgemäße Zustandsmeldevorrichtung;
Fig. 3 eine Sensoreinheit für die Zustandsmeldevorrichtung;
Fig. 4 eine einen Schwellwertschalter aufweisende Auswerteeinrichtung und eine ihr parallel geschaltete Prüfeinrichtung für die Zustandsmeldevorrichtung;
Fig. 5 eine Alarm- und/oder Sicherheitseinrichtung für die Zustandsmeldevorrichtung;
Fig. 6 einen Teil einer Anzeigeeinrichtung für die Prüfeinrichtung nach Fig. 5; und
Fig. 7 eine standardisierte, an unterschiedliche Sensoren anpaßbare Steckkarte für die erfindungsgemäße Zustandsmeldevorrichtung.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Temperatursensor mit einem Heißleiter 1 in Form eines Perlen-Heißleiters (z.B. M 812 der Fa. Siemens AG, D-8000 München 80), der aus einer in ein dünnes, kurzes Glasröhrchen 2 eingeschlossenen und an dessen Spitze 3 angeordneten Heißleiter-Perle bzw. einem Halbleiter-Kügelchen 4 besteht, an dem zwei aus dem Glasröhrchen 2 herausgeführte Anschlußdrähte 5 befestigt sind. Um einen solchen, auf dem Markt erhältlichen Heißleiter 1 für die Zwecke der Erfindung brauchbar zu machen, wird er mit einem vorzugsweise zylindrischen Steckergehäuse 6 kombiniert, das ein Zwischenteil 7, einen an dessen einer Seite angebrachten, hohlen Endabschnitt 8 und einen an dessen anderer Seite angebrachten, als übliche, 2- oder 3-polige Steckverbindung ausgebildeten Boden 9 aufweist. Die Anschlußdrähte 5 werden in die hohlzylindrisch ausgebildeten Enden von Steckern 10 eingeführt und durch Crimpen (Quetschen) fest mit den Steckern 10 verbunden, um zu vermeiden, daß eine etwa verwendete Lötmasse od. dgl. beim nachfolgenden Vergießen des Endabschnitts 8 schmelzen und weglaufen kann. Die Stecker 10 werden dann derart durch Bohrungen gesteckt, die in einem nicht dargestellten, das Zwischenteil 7 ausfüllenden Einsatzstück ausgebildet sind, daß sich die in Fig. 1a dargestellte Anordnung ergibt, in der die freien Enden der Stecker 10 in den hohlen Boden 9 ragen. Dabei sind die Stecker 10 vorzugsweise durch nach Art einer Schnappverbindung wirkende Elemente fest in dem Einsatzstück eingerastet. Im übrigen wird das Glasröhrchen 2 vorzugsweise so angeordnet, daß es parallel und koaxial zur Achse des Steckergehäuses 6 angeordnet und das Heißleiter-Kügelchen 4 an dem vom Zwischenteil 7 abgewandten Ende des Endabschnitts 8 angeordnet ist.
Um eine mechanisch stabile Konstruktion für den äußerst empfindlichen Perlen-Heißleiter 1 zu erhalten, wird der hohle Endabschnitt 8 nun so weit mit einer Vergußmasse 11 ausgefüllt, daß das gesamte Glasröhrchen 2 mit Ausnahme seiner Spitze 3 in die Vergußmasse 11 eingebettet ist. Nach dem Vergießen ragt daher nur die Spitze 3 mit dem Halbleiter-Kügelchen 4 aus dem Steckergehäuse 6 bzw. der Vergußmasse 11 heraus, wodurch sich einerseits ein mechanisch stabiler Sensor ergibt, andererseits ein sehr sensibler und sehr schnell ansprechender Temperaturfühler entsteht, der die Temperatur der umgebenden Luft mißt und um so schneller auf Temperaturänderungen reagiert, je kleiner die Fläche des zu erwärmenden Halbleiter-Kügelchens 4 ist. Bei Anwendung von auf dem Markt angebotenen Heißleitern 1 der beschriebenen Art lassen sich Ansprechzeiten in der Größenordnung von einer halben Sekunde erzielen, was insbesondere für die schnelle Branderkennung und -bekämpfung wichtig ist. Außerdem ergibt sich der Vorteil,, daß bei derartigen Heißleitern 1 mittels Schaltungen, die nachfolgend anhand der Fig. 4 beschrieben werden, im Bereich von 80 °C und 300 °C die gewünschte Auslösetemperatur auf ca. ± 1 °C festgelegt werden kann.
Um die Spitze 3 des Heißleiters 1 vor mechanischen Beschädigungen, beispielsweise bei der Montage des Steckergehäuses 6 am Anwendungsort, zu schützen, kann auf den Endabschnitt des Steckergehäuses 6 noch eine vorzugsweise zylindrische Schutzkappe 12 aufgeschraubt werden, die entweder am äußeren Ende offen und/oder mit einer Mehrzahl von Öffnungen versehen ist, damit die Luft, deren Temperatur überwacht werden soll, die Spitze 3 und damit das Halbleiter-Kügelchen 4 umströmen kann. In diesem Fall wird das Heißleiter-Kügelchen 4 an einer vorgewählten Stelle innerhalb der Schutzkappe 12 angeordnet und die Vergußmasse 11 bis zu einer solchen Höhe h in die Schutzkappe gefüllt, daß wiederum nur die Spitze 4 mit dem Halbleiter-Kügelchen 4 aus der Vergußmasse 11 herausragt. Nach dem Vergießen bildet die Schutzkappe 12 mit dem Steckergehäuse 6 eine untrennbare Einheit.
Das Einbringen der Vergußmasse 11 in den Endabschnitt 8 muß mit äußerster Vorsicht geschehen. Andernfalls wird die Vergußmasse 11 entweder zu weich mit der Folge, daß sie im zu überwachenden Temperaturbereich von z.B. 80 °C bis 300 °C fließfähig und dadurch die mechanische Stabilität des Sensors beeinträchtigt wird, oder zu hart wird mit der Gefahr, daß die Spitze 3 des Glasröhrchens 2 abspringt und der Sensor unbrauchbar wird.
Als Vergußmassen haben sich solche als brauchbar erwiesen, die aus wärmehärtenden Epoxidharzen hergestellt werden und eine hohe thermische Leitfähigkeit und einen mit Kupfer vergleichbaren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Als besonders geeignet hat sich ein Zweikomponenten-Epoxid-Gießharz erwiesen, das von der Firma Grace Electronics Materials Emerson & Cuming (D-6900 Heidelberg) unter der Bezeichnung "Stycast 2762 FT" (= Dichtungsmasse) und "Catalyst 17" (= Härter) vertrieben wird. Die Füllung des Endabschnitts 8 muß bei Anwendung dieses Gießharzes allerdings wie folgt vorgenommen werden:
Es wird zunächst der Sensor auf die beschriebene Weise hergestellt. Sodann wird eine Vergußmasse hergestellt, indem die Dichtungsmasse und der Härter im Mischungsverhältnis (Gewichtsverhältnis) 10 : 1 bis 10 : 1,1 miteinander vermischt werden. Die Vergußmasse wird dann in den vorzugsweise auf ca. 80 °C vorgewärmten Endabschnitt 8 gefüllt und in einem Heizofen auf 80 °C vorgewärmt. Die anschließende Aushärtung erfolgt in drei Heizstufen im Heizofen, und zwar zunächst während 16 Stunden bei 80 °C, dann während 3 Stunden bei 120 °C und schließlich noch einmal während 3 Stunden bei 180 °C. Anschließend wird der Heizofen auf 80 °C zurückgestellt und beim Erreichen dieser Temperatur ausgeschaltet. Nach Abkühlung des Ofens auf eine Raumtemperatur von z.B. 20 °C kann der betriebsfertige Temperatursensor mit eingegossenem Heißleiter aus dem Ofen genommen werden. Der Sensor kann aus verschiedenen Materialien hergestellt sein. Vorzugsweise besteht das Steckergehäuse aus Metall und das Einsatzstück aus einem elektrisch nicht-leitenden Kunststoff mit der jeweils erforderlichen Beständigkeit bei den möglicherweise auftretenden Temperaturen. Durch Anwendung einer Vergußmasse 11 aus einem nichtleitenden Material wird durch sie gleichzeitig für die erforderliche Isolierung gesorgt.
Der nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Sensor kann je nach Heißleitertyp überall zur Temperaturmessung bzw. Temperaturüberwachung in einem Temperaturbereich von etwa - 60 °C bis 900 °C eingesetzt werden und seine Funktion entweder als Thermometer oder Thermostat ausüben. Eine vorzügliche Anwendung wird nachfolgend anhand einer Branderkennungsanlage mit einer Reihe von z.B. sieben gleichartigen, an verschiedenen Gefahrenzonen angebrachten Temperatursensoren beschrieben.
Fig. 2 zeigt die Schaltung eines Netzteils zur Bedienung der in den nachfolgenden Figuren gezeigten Schaltungen mit einer konstanten Spannung V_A von z.B. + 5 V ± 1 % entsprechend der üblichen IC-Technik. Die Eingangsspannung ist wählbar zwischen z.B. + 8 V und + 32 V, wird an eine mit einer Sicherung Si₁ versehene Eingangsleitung 21 angelegt und beträgt im Ausführungsbeispiel + 24 V. Zwischen die Eingangsleitung 21 und eine Masseleitung 22 sind eine Zehnerdiode ZD₁ (z.B. BZT 03/D39), welche die Eingangsspannung unabhängig von etwaigen Spannungsspitzen auf 39 V begrenzt, und ein Kondensator C₁ zur Glättung größerer Spannungsschwankungen geschaltet. Zwei in die Leitungen 21 und 22 geschaltete Dioden D₁ und D₂ (z.B. 1 N 4007) dienen als Polungsschutz.
Mit den Leitungen 21 und 22 sind die Eingänge (1 und 2) eines Spannungsreglers IC₁ (z.B. MC 78 MO5 BT) verbunden, dessen Ausgang (3) mit einer Ausgangsleitung 23 verbunden ist, an der die konstante Spannung V_A erscheint, die mittels eines weiteren Siebkondensators C₂ geglättet wird. Dabei sind zwischen die Leitungen 22 und 23 verschiedene, nachfolgend beschriebene IC-Bausteine IC₂ bis IC₆ mit ihren Eingängen 8 und 16 und ein IC-Baustein IC₅ mit seinen Eingängen 4 und 8 geschaltet, wobei diesen Eingängen zusätzlich die Kondensatoren C₈ (Fig. 3) und C₉ bis C₁₂ entsprechend den jeweiligen Datenblättern parallel geschaltet sind, um die IC-Bausteine vor kleineren Streuspannungen zu schützen. Diese Kondensatoren sind allerdings nur in Fig. 2 bzw. 3 dargestellt.
Eine mit der Eingangsleitung 21 verbundene, mit einer Sicherung Si₂ versehene Leitung 24 führt zu einer aus Fig. 5 ersichtlichen Alarm- und/oder Sicherheitseinrichtung 20 und zu einem ebenfalls aus Fig. 5 ersichtlichen Leistungsschalter T₁. Die IC-Bausteine IC₂ bis IC₆ und IC₅ gehören dagegen zur Auswerteeinrichtung nach Fig. 4.
Fig. 3 zeigt eine Gebereinheit 25, die im Ausführungsbeispiel sieben Heißleiter-Temperatur-Sensoren Rs₁ bis Rs₇ (z.B. M 812-100 k ± 10 %) enthält, die an beliebigen zu überwachenden Orten eines Flugzeugs, Lastkraftwagens od. dgl. angeordnet, vorzugsweise entsprechend Fig. 1 ausgebildet und im Ausfährungsbeispiel im Bereich von - 55° C bis 350° C empfindlich sind. Dabei nimmt der ohmsche Widerstand der Sensoren Rs₁ bis Rs₇ mit steigender Temperatur ab. Die Sensoren Rs₁ bis Rs₇ bestehen daher im Ausführungsbeispiel aus Widerständen, deren eine Anschlüsse über eine Leitung 26 an die Ausgangsleitung 23 des Netzteils (Fig. 2) angeschlossen sind. Die anderen Anschlüsse sind dagegen über Widerstände R₁₄ bis R₂₀ (z.B. 56 Ω) mit Ausgängen 27 bis 33 verbunden, die Ausgangssignale abgeben, deren Größen von den von den Sensoren Rs₁ bis Rs₇ überwachten Temperaturen abhängen. Zwischen diese Ausgänge 27 bis 33 und eine mit der Masseleitung 22 (Fig. 2) verbundene Leitung 34 ist je eine Zehnerdiode ZD₂ bis ZD₈ (z.B. ZPD 6 V 2) gelegt, um die Spannungen an den Ausgängen der Sensoren Rs₁ bis Rs₇ zur Sicherung nachfolgender Schaltungen auf 6,2 V zu begrenzen.
Nach Fig. 4, in der die Gebereinheit 25 nur schematisch dargestellt ist, sind deren Ausgänge 27 bis 33 mit je einem Eingang einer Auswerteschaltung verbunden, die an einer Ausgangsleitung 35 ein Alarmsignal abgeben kann. Dieses erscheint im Ausführungsbeispiel immer dann, wenn das Ausgangssignal an irgendeinem Ausgang 27 bis 33 der Gebereinheit 25 eine vorgewählte kritische Größe in je nach Wunsch positiver oder negativer Richtung überschreitet.
Erfindungsgemäß enthält die Auswerteeinrichtung nach Fig. 4 einen einzigen Schwellwertschalter IC₅₁ in Form eines IC-Bausteins (z.B. LT 1017 IN8), dessen Ausgang (7) mit der Leitung 35 verbunden ist. Dieser Schwellwertschalter IC₅₁ ist an seinem invertierenden Eingang (6) mit zwei regelbaren Widerständen R₆ (z.B. 10 k) und R₇ (z.B. 20 k) verbunden, mittels derer am invertierenden Eingang (6) eine positive Spannung als Schwelle eingestellt werden kann. Der nicht invertierende Eingang (5) ist dagegen mittels einer Leitung 36, an die ein mit seinem anderen Anschluß an Masse liegender Widerstand R₅ (z.B. 1,62 k) angeschlossen ist, mit dem Ausgang (3) einer Abfrageeinrichtung IC₃ in Form eines weiteren IC-Bausteins (z.B. HEF 4051 BP) verbunden, die sieben mit je einem Ausgang 27 bis 33 verbundene Eingänge (1, 2, 5, 12 - 14) und einen an Masse liegenden Eingang (4) aufweist. Ein mit der Leitung 36 verbundener Siebkondensator C₄ dient zur Vermeidung von Spannungsspitzen.
Der Abfrageeinrichtung IC₃ sind Mittel zugeordnet, mittels derer die genannten Eingänge (1, 2, 5, 12 - 14) einzeln nacheinander und periodisch wiederkehrend mit dem Ausgang (3) verbunden werden können. Diese Mittel bestehen vorzugsweise aus einem Oszillator in Form eines weiteren IC-Bausteins (z.B. HEF 4060 BP), der drei Ausgänge (4, 5, 7) aufweist, die mit drei weiteren Eingängen (9 - 11) der Abfrageeinrichtung IC₃ verbunden sind, an denen Taktsignale mit drei unterschiedlichen Taktfrequenzen erscheinen. Diese steuern einerseits den inneren Takt der Abfrageeinrichtung IC₃ und legen andererseits fest, mit welcher Folgefrequenz die Eingänge (1, 2, 5, 12 - 15) einzeln nacheinander mit dem Ausgang (3) verbunden werden bzw. wie schnell sich diese Abfragezyklen wiederholen sollen. Zur Einstellung dieser Taktfrequenzen ist der Oszillator IC₂ mit einer externen Beschaltung (z.B. R₃, C₃) laut Datenblatt versehen.
Ist zu irgendeinem Zeitpunkt z.B. der mit der Leitung 27 der Gebereinheit 25 verbundene Eingang (13) der Abfrageeinrichtung IC₃ mit deren Ausgang (3) verbunden, dann bilden der Widerstand vom Sensor Rs₁ und die Widerstände R₁₄, R₅ einen Spannungsteiler. Dabei sind die Spannungen und Widerstände so gewählt, daß bei normalen Temperaturen am nicht invertierenden Eingang (5) eine kleinere Spannung als am invertierenden Eingang (6) des Schwellwertschalters IC₅₁ erscheint, die z.B. auf + 2,5 V eingestellt ist. Am Ausgang (7) des Schwellwertschalters IC₅₁ wird daher ein Ausgangssignal von 0 V abgegeben. Steigt dagegen die Spannung in der Leitung 36 aufgrund eines kritischen Temperaturanstiegs im Bereich des Sensors Rs₁, dann wird der Spannungsabfall in der Leitung 36 immer größer, bis er schließlich die eingestellte Schwelle überschreitet und größer als die Spannung am invertierenden Eingang (6) wird. Folglich wird der Schwellwertschalter IC₅₁ durchgeschaltet, so daß an seinem Ausgang (7) das z.B. 5 V betragende Alarmsignal (= logisch "1") erscheint. Dabei kann die Einstellung z.B. so gewählt sein, daß die Schwelle bei einer kritischen Temperatur von 180° C oder irgendeiner anderen Temperatur überschritten wird.
Für die anderen Sensoren Rs₂ bis Rs₇ gilt sinngemäß dasselbe, da sie, wenn sie gerade über die Abfrageeinrichtung IC₃ mit deren Ausgang (3) verbunden sind, stets zusammen mit einem der Widerstände R₁₅ bis R₂₀ und dem Widerstand R₅ einen Spannungsteiler bilden, der die Eingangsspannung am nicht invertierenden Eingang (5) des Schwellwertschalters IC₅₁ beeinflußt. In der Leitung 35 erscheint daher periodisch immer dann das Alarmsignal, wenn einer der Sensoren Rs₁ bis Rs₇ einer Temperatur ausgesetzt ist, die höher ist, als der eingestellten Schwelle entspricht, und dieses Alarmsignal bleibt solange erhalten, bis mittels der Abfrageeinrichtung IC₃ der nächste Sensor an den Schwellwertschalter IC₅₁ gelegt wird.
Die Leitung 35 der Auswerteeinrichtung IC₃ ist nach Fig. 4 mit einem Eingang (4) eines Monoflop IC₆ (z.B. HFF 4538 BP) verbunden, dessen Ausgang (10) über einen Vorwiderstand R₁₂ (z.B. 10 k) und eine Ausgangsleitung 37 der Auswerteeinrichtung mit dem Leistungsschalter T₁ nach Fig. 5 verbunden ist. Das Monoflop IC₆ wird durch das Erscheinen jedes Alarmsignals an seinem Ausgang (10) für eine vorgewählte Zeitspanne gesetzt, die mittels einer externen Beschaltung an weiteren Eingängen (1, 2, 14, 15) nach Datenblatt eingestellt werden kann. Dadurch wird sichergestellt, daß in der Ausgangsleitung 37 selbst bei einer bevorzugt sehr hohen Abfragefrequenz ein ausreichend langes Signal zur Steuerung der Alarm- und/oder Sicherheitseinrichtung 20 gebildet wird. Außerdem ist die Leitung 35 über einen hohen Widerstand R₂₀ (z.B. 1 M) geerdet. Dadurch wird sichergestellt, daß das Monoflop IC₆ bei einer extremen Störsituation, z.B. bei Spannungsabfall aufgrund einer abgeklemmten Batterie, am Ausgang (10) auf Null gesetzt wird und nicht ungewollt ein einen Alarmzustand signalisierendes Ausgangssignal abgibt.
Der Abfrageeinrichtung IC₃ ist eine Prüfeinrichtung parallel geschaltet, die die ordnungsgemäße Funktion der Abfrageeinrichtung IC₃, insbesondere der Sensoren Rs₁ bis Rs₇ überprüft und bei nicht ordnungsgemäßer Funktion ein weiteres Alarmsignal abgibt. Diese Prüfeinrichtung enthält eine weitere Abfrageeinrichtung IC₄ (z.B. HEF 4051 BP) entsprechend der Abfrageeinrichtung IC₃ und einen mit deren Ausgang (3) verbundenen weiteren Schwellwertschalter IC₅₂ (z.B. LT 1017 IN 8), der vorzugsweise mit dem Schwellwertschalter IC₅₁ in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefaßt ist, das einen weiteren Ausgang (1) und zwei weitere Eingänge (2,3) aufweist, die dem Schwellwertschalter IC₅₂ zugeordnet sind.
Analog zur Abfrageeinrichtung IC₃ sind Eingänge (1, 2, 4, 5, 12, 13, 15) der Abfrageeinrichtung IC₄ mit den Ausgangsleitungen 27 bis 33 der Gebereinheit 25 und weitere Eingänge (9 - 11) mit den Ausgängen eines dem Mittel IC₂ entsprechenden Mittels, vorzugsweise mit demselben Oszillator IC₂ verbunden, so daß die Eingänge (1, 2, 4, 5, 12, 13, 15) entsprechend mit dem Ausgang 3 verbunden werden.
Im Unterschied zur Abfrageeinrichtung IC₃ ist der Ausgang (3) der Abfrageeinrichtung IC₄ mit einer zum nicht invertierenden Eingang (3) des Schwellwertschalters IC₅₂ führenden Leitung 38 verbunden, an die ein mit dem anderen Anschluß geerdeter, vergleichsweise großer Widerstand R₅ (z.B. 46,4 k) und ein Siebkondensator C₅ angeschlossen sind. Dadurch wird die normalerweise am nicht invertierenden Eingang (2) des Schwellwertschalters IC₅₂ liegende Spannung auf einen größeren Wert als die mittels Widerständen R₈, R₉ am invertierenden Eingang liegende Spannung eingestellt und erreicht, daß der Schwellwertschalter IC₅₂ bei funktionsfähiger Sensoreinheit 25 und Abfrageeinrichtung IC₃ ein Ausgangssignal von z.B. + 5 V unabhängig davon abgibt, ob die überwachte Temperatur der vorgewählten Raumtemperatur oder der mit dem Schwellwert des Schwellwertschalters IC₅₁ vorgewählten Temperatur entspricht.
Ist dagegen einer der Sensoren Rs₁ bis Rs₇ defekt, dann fällt die Spannung am nicht invertierenden Eingang des Schwellwertschalters IC₅₂ auf Null mit der Folge, daß am Ausgang (1) ein Alarmsignal von 0 V erscheint, das einer Anzeigevorrichtung 39 zugeführt wird. Das weitere Alarmsignal erscheint daher immer dann, wenn gerade ein defekter Sensor Rs₁ bis Rs₇ mit dem Ausgang (3) der weiteren Abfrageeinrichtung IC₄ verbunden ist oder ein anderer Defekt, z.B. Spannungsausfall, vorliegt.
Jedes vom Monoflop IC₆ für eine Zeitdauer von z.B. einigen Sekunden an der Leitung 37 aufrechterhaltene Alarmsignal schaltet gemäß Fig. 5 den z.B. als Feldeffekt-Transistor ausgebildeten Leistungsschalter T₁ durch, an dessen Eingang (3) die 24 V-Spannung des Netzteils (Fig. 2) anliegt, die durch den Schaltvorgang auf eine Steuerleitung 40 gelangt, die zur Alarm- und/oder Sicherheitseinrichtung 20 führt.
Im einfachsten Fall enthält die Alarm- und/oder Sicherheitseinrichtung 20 z.B. eine über eine Diode D₅ (z.B. IN 4007) angeschlossene Warnlampe L₁, die bei Erscheinen des Alarmsignals solange aufleuchtet, wie das Monoflop IC₆ am Ausgang (10) gesetzt ist. Alternativ oder zusätzlich kann über eine weitere, entsprechende Diode D₆, einen Widerstand R₂₁ (z.B. 220 k) und eine dritte Diode D₈ (z.B. ebenfalls IN 4007) eine Warnlampe L₂ an die Steuerleitung 40 angeschlossen sein. Dieser ist ein Haltekreis zugeordnet, der einen als Feldeffekt-Transistor ausgebildeten Schalter T₂ enthält, dessen Steuereingang (2) über einen Widerstand R₂₂ (z.B. 3 k) mit dem Ausgang der Diode D₆ und über eine Zenerdiode ZD₉ mit Masse verbunden ist und dessen Spannungseingang (3) über einen Handschalter 41 an der vom Netzteil kommenden Leitung 24 liegt Der Ausgang (5) dieses Schalters T₂ liegt einerseits an der Warnlampe L₂ und ist andererseits über die Widerstände R₂₁ und R₂₂ zum Steuereingang (2) zurückgeführt. Die Warnlampe L₂ leuchtet daher nach Auslösung des Schalters T₂ dauernd auf, was z.B. den Vorteil mit sich bringt, daß ein Fahrer, der sein mit der beschriebenen Zustandsmeldevorrichtung ausgerüstetes Fahrzeug momentan verlassen hat, bei seiner Rückkehr feststellen kann, ob inzwischen ein Alarmsignal erschienen ist oder nicht. Durch kurzzeitige Betätigung des Handschalters 41 zur Öffnung des Haltekreises kann die Alarmlampe L₂ wieder zum Erlöschen gebracht werden.
Als Sicherheitselemente kann die Alarm- und/oder Sicherheitseinrichtung 20 z.B. wenigstens zwei Feuerlöschflaschen HR₁ und HR₂ aufweisen, die mit bei Brandschutzanlagen üblichen Auslösekapseln versehen sind. Der Spannungseingang der Feuerlöschflasche HR₁ liegt dazu z.B. über einer Diode D₃ (z.B. 1N 4007) direkt an der Steuerleitung 40, während der Spannungseingang der Feuerlöschflasche HR₂ über einen normalerweise geöffneten Schalter 22 an der Leitung 24 des Netzteils liegt. Daher wird die Feuerlöschflasche HR₁ beim Erscheinen eines Alarmsignals automatisch ausgelöst, um einen Löschvorgang einzuleiten, während die Feuerlöschflasche HR₂ zusätzlich oder dann durch Betätigung des Handschalters 42 manuell betätigt werden kann, wenn die Feuerlöschflasche HR₁ verbraucht ist.
Zur Funktionsüberprüfung der Alarm- und/oder Sicherheitseinrichtung 20 dienen schließlich noch zwei Anzeigelampen L₃ und L₄, die zwischen die Spannungseingänge der Feuerlöschflaschen HR₁ und HR₂ und einen zweiten Festkontakt des Handschalters 41 geschaltet sind, und zwei Dioden D₄ und D₇, die zwischen den zweiten Festkontakt des Handschalters 41 und die Anschlußpunkte zwischen den Dioden D₅ bzw. D₈ und den zugehörigen Alarmlampen L₁ bzw. L₂ geschaltet sind. Bei einer Umschaltung des Handschalters 41 von seiner aus Fig. 4 ersichtlichen Normalstellung auf den zweiten Festkontakt werden daher die Alarmlampen L₁, L₂ an die 24 V-Leitung 24 gelegt und dadurch getestet. Bei dieser Stellung des Handschalters 41 sollen aber auch die Anzeigelampen L₃ und L₄ aufleuchten. Zu diesem Zweck sind ihre Betriebsspannungen so gewählt, daß sie bei intakten Feuerlöschflaschen HR₁, HR₂ zwar über deren Zündkapseln an Masse gelegt werden, über diese Zündkapseln aber keine automatische Selbstzündung der Feuerlöschflachen HR₁ und HR₂ erfolgt. Ist dagegen irgendeine Zündkapsel defekt, kann die zugehörige Anzeigelampe nicht über diese Zündkapsel geerdet werden und daher nicht aufleuchten.
Im übrigen sind die Dioden D₃ bis D₈ jeweils so gepolt, daß die Ströme nur in den aus Fig. 5 ersichtlichen Richtungen fließen und keine unerwünschten Rückwirkungen auf unbeteiligte Schaltungsteile auftreten können.
Zur Funktionsüberprüfung der Sensoren Rs₁ bis Rs₇ ist die Anzeigevorrichtung 39 z.B. wie folgt aufgebaut:
Nach Fig. 4 enthält sie einerseits einen Masseschalter IC₇ (z.B. CD 4099 BF), dessen Eingang (3) mit dem Ausgang (1) des Schwellwertschalters IC₅₂ verbunden ist, während drei weitere Eingänge (5 - 7) des Masseschalters IC₇ mit den Ausgängen (4, 5, 7) eines Mittels verbunden sind, das periodisch und einzeln nacheinander die Ausgänge (1, 9, 11 - 15) des Masseschalters IC₇ aktiviert. Dabei wird dieses Mittel zweckmäßig wiederum durch den Oszillator IC₂ gebildet. Das Aktivieren der Ausgänge (1, 9, 11 - 15) hat die Wirkung, daß diese beim Anliegen der üblichen Ausgangsspannung von + 5 V (= logisch "1") am Ausgang (2) des Schwellwertschalters IC₅₂ über einen geerdeten Ausgang (4) an Masse gelegt werden. Ist dagegen ein Sensor defekt, fällt die Spannung aus, ist ein Kabel gebrochen od. dgl., dann wird der betreffende Ausgang auf (1, 9, 11 - 15), wenn er gerade über den Oszillator IC₂ aktiviert ist, nicht an Masse gelegt, die in diesem Fall am Ausgang des Schwellwertschalters IC₅₂ eine Spannung von 0V (= logisch "0") liegt.
Die Ausgänge (1, 9, 11 - 15) des Masseschalters IC₇ sind mit je einem Eingang einer in Fig. 4 nur schematisch angedeuteten Tastatur 43 verbunden. Jeder dieser Eingänge führt über einen Tastschalter TS 1 bis TS 7 zur Katode einer mit ihrer Anode an der Betriebsspannung liegenden Kontrollvorrichtung 44, z.B. einer Leuchtdiode. Wird irgendeiner der Tastschalter TS 1 bis TS 7 gedrückt, dann ist die Katode der Kontrollvorrichtung 44 über diesen Tastschalter mit dem zugehörigen Ausgang des Masseschalters IC₇ verbunden. Die Kontrollvorrichtung 44 müßte daher in dem von der Abfragefrequenz des Oszillators IC₂ bestimmten Takt immer dann ansprechen, z.B. aufleuchten, wenn der dem betätigten Tastschalter zugeordnete Ausgang des Masseschalters IC₇ aktiviert wird. Reagiert die Kontrollvorrichtung 44 dagegen nicht, dann liegt ein Defekt vor, weil der zugehörige Ausgang des Masseschalters IC₇ nicht periodisch an Masse gelegt wird.
Insgesamt ergibt sich durch die Alarm - und/oder Sicherheitseinrichtung 20 und die Prüfeinrichtung mit der ihr zugeordneten Anzeigevorrichtung 39 somit der Vorteil, daß während des laufenden Betriebs der Gesamtanlage ständig eine Funktionskontrolle durchgeführt werden kann.
Fig. 7 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßgen Zustandsmeldevorrichtung. Diese besteht aus einer standardisierten Steckkarte oder Platine, die auf einen IC-Sockel gelötet ist und auf der alle IC-Bausteine, Verkabelungen und Schaltungen mit Ausnahme derjenigen Teile fest montiert sind, die individuell veränderbar sein sollen. Im Ausführungsbeispiel sind dabei die IC-Bausteine IC₂ bis IC₄, IC₅₁ und IC₅₂, IC₆ und IC₇ zu einem einzigen IC-Baustein IC₈ zusammengefaßt, der Eingänge (1, 4, 5, 33, 34, 39, 51, 52) zum Anschluß der Widerstände R₃ und R₅ bis R₁₀ und der Kondensatoren C₃ bis C₅, weitere Eingänge (10, 20, 35 - 37) zum Anlegen der Betriebsspannungen oder der Masse, ferner weitere Eingänge (13 - 19) zum Anlegen der Gebereinheit 25 sowie Ausgänge (54 - 62) zum Anschluß der Tastatur 43 od. dgl. sowie einen Ausgang (2) zur Abgabe des am Ausgang (7) des Schwellwertschalters IC₅₁ erscheinenden Warnsignals oder des am Ausgang (10) des Monoflop IC₆ erscheinenden Signals aufweist. Dadurch ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß der IC-Baustein IC₈ für eine vielfache Anzahl unterschiedlicher Zustandsmeldungen bzw. -überwachungen verwendet und mit an sich beliebigen Gebereinheiten und Tastaturen oder anderen Anzeigevorrichtungen kombiniert werden kann. In Abhängigkeit von den im Einzelfall verwendeten Sensoren und Anzeigevorrichtungen ist es lediglich erforderlich, einige äußere, aus Fig. 7 ersichtliche Schaltelemente entsprechend anzupassen.
Der aus Fig. 7 ersichtliche IC-Baustein IC₈ wird im übrigen vorzugsweise mit der für die Temperatursensoren beschriebenen Dichtungsmasse vergossen und anschließend 16 Stunden bei 80 °C und 3 Stunden bei 120 °C ausgehärtet. Der weitere Ablauf kann dann wie beim Aushärten des Temperatursensors erfolgen. Aufgrund des universellen Aufbaus eines solchen Bausteins ist es möglich, eine Vielzahl von Überwachungsaufgaben mit nahezu identischen Mitteln und mittels einer optimierten, nur wenig Raum in Anspruch nehmenden Vorrichtung zu lösen.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die sich auf vielfache Weise abwandeln lassen. Dies gilt zunächst insbesondere für die verwendeten Temperatursensoren, an deren Stelle andere Temperatursensoren und auch Sensoren für ganz andere Anwendungszwecke, z.B. Kälteleiter, Dehnungsmeßstreifen, Infrarot- und andere Lichtsensoren, Spannungsmesser od. dgl., verwendet werden können. Es ist lediglich erforderlich, die im einzelnen erhaltenen Meßsignale in für die beschriebenen elektrischen Schaltungen brauchbare Signale umzuformen und die an den Schwellwertschaltern IC₅₁ und IC₅₂ eingestellten Schwellen entsprechend anzupassen. Weiter versteht sich, daß andere Alarm- und/oder Sicherheitseinrichtungen sowie andere Anzeigevorrichtungen vorgesehen werden können, deren Ausgestaltung weitgehend von der Art der überwachten Zustände abhängt. Außer optischen Anzeigen können natürlich auch akustische oder andere Anzeigen vorgesehen werden. Weiter können mehr oder weniger als die beschriebenen sieben Sensoren vorgesehen werden, wobei es selbstverständlich auch möglich ist, an die beschriebene Schaltung, insbesondere den IC-Baustein IC₈ nach Fig. 7, auch Sensoren unterschiedlicher Art oder zur Überwachung unterschiedlicher Zustandsarten bestimmte Sensoren anzulegen, wobei lediglich deren Ausgangssignale entsprechend anzupassen wären. Schließlich ist die Erfindung nicht auf die Anwendung der einzeln angegebenen IC-Bausteine beschränkt, die nur beispielsweise genannt wurden.

Claims

Zustandsmeldevorrichtung zur Meldung eines vorgegebenen Temperaturzustands mit einer Mehrzahl von Temperatursensoren (Rs₁-Rs₇), die Ausgangssignale abgeben, deren Größen von einem von den Sensoren überwachten Zustand abhängen, und mit einer an die Sensoren angeschlossenen Auswerteeinrichtung, die beim Erreichen einer vorgewählten Größe der Ausgangssignale unter Abgabe eines Alarmsignals anspricht und einen das Alarmsignal erzeugenden Schwellwertschalter (IC₅₁) aufweist, der mit dem Ausgang (3) einer Abfrageeinrichtung (IC₃) verbunden ist, die mehrere, an je einen Sensor (Rs₁-Rs₇) angeschlossene Eingänge (1,2,5,12-15) und Mittel (IC₂) aufweist, die die Eingänge (1,2,5,12-15) periodisch und nacheinander mit dem Ausgang (3) verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatursensoren (Rs₁-Rs₇) aus Perlen-Heißleitern bestehen, die in Gehäusen (6) derart in eine Vergußmasse (11) eingebettet sind, daß ihre die Halbleiter-Kügelchen (6) tragenden Spitzen (3) aus der Vergußmasse herausragen, daß die Gehäuse (6) Endabschnitte (8) mit Schutzkappen (12) aufweisen, die wenigstens eine zur Aufrechterhaltung einer Luftströmung an der Spitze (3) bestimmte Öffnung aufweisen, und daß die Vergußmasse (11) auch teilweise die Schutzkappe (12) ausfüllt.
Zustandsmeldevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang (7) des Schwellwertschalters (IC₅₁) mit einem zur vorübergehenden Speicherung des Alarmsignals bestimmten Monoflop (IC₆) verbunden ist.
Zustandsmeldevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Monoflop (IC₆) mit dem Steuereingang (2) eines an eine Alarm- und/oder Sicherheitseinrichtung (20) angeschlossenen Leistungsschalters (T₁) verbunden ist.
Zustandsmeldevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Alarm- und/oder Sicherheitseinrichtung (20) eine durch das Alarmsignal auslösbare Löscheinrichtung (22) enthält.
Zustandsmeldevorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Alarm- und/oder Sicherheitseinrichtung (20) eine durch das Alarmsignal und für desen Dauer einstellbare Warneinrichtung (L₁) und eine durch das Alarmsignal permanent einschaltbare Warneinrichtung (L₂) enthält.
Zustandsmeldevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Alarm- und/oder Sicherheitseinrichtung (20) eine Prüfeinrichtung (41,L₃,L₄) zur Funktionsüberprüfung zugeordnet ist.
Zustandsmeldevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteeinrichtung eine ihre ordnungsgemäße Funktion überprüfende Prüfeinrichtung parallel geschaltet ist, die auf nicht ordnungsgemäße Funktionen unter Abgabe eines weiteren Alarmsignals anspricht.
Zustandsmeldevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfeinrichtung einen weiteren, das weitere Alarmsignal abgebenden Schwellwertschalter (IC₅₂) aufweist, der mit dem Ausgang (3) einer weiteren Abfrageeinrichtung (IC₄) verbunden ist, die mehrere, an je einen Sensor (Rs₁-Rs₇) angeschlossene Eingänge (1,2,4,5,12,13,15) und Mittel (IC₂) aufweist, die die Eingänge (1,2,4,5,12,13,15) periodisch und nacheinander mit dem Ausgang (3) verbinden.
Zustandsmeldevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (1) des weiteren Schwellwertschalters (IC₅₂) an eine Anzeigevorrichtung (39) angeschlossen ist.
Zustandsmeldevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (39) eine mit wenigstens einer Kontrollvorrichtung (44) verbundene Tastatur (43) enthält, mittels derer die Sensoren (Rs₁-Rs₇) einzeln durch Tastenbetätigung überprüfbar sind.
Zustandsmeldevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfrageeinrichtungen (IC₃,IC₄), die Schwellwertschalter (IC₅₁,IC₅₂) und die Mittel (IC₂) zu einer standardisierten Steckkarte (IC₈) zusammengefaßt sind, die Eingangsanschlüsse für individuell wählbare Heißleiter und in Abhängigkeit von diesen wählbare oder verstellbare Einstellorgane, Anzeigevorrichtungen, Betriebsspannungen od. dgl. sowie wenigstens einen Ausgang (2) zur Abgabe der von der Auswerteeinrichtung abgegebenen Alarmsignale aufweist.
Temperatursensor mit einem Gehäuse, das einen einen Stecker aufweisenden Boden und einen von diesem abgewandten, hohlen Endabschnitt aufweist, in dem ein Heißleiter angeordnet ist, dessen Anschlußdrähte mit den Steckern verbunden sind, und der im übrigen mit einer aus Epoxid-Gießharz bestehenden Vergußmasse ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (8) an seinem freien Ende offen ist und der Heißleiter (1) aus einem Perlen-Heißleiter besteht, der so in dem Endabschnitt (8) angeordnet und in die Vergußmasse (11) eingebettet ist, daß seine das Halbleiter-Kügelchen (4) tragende Spitze (3) aus der Vergußmasse (11) herausragt, daß der Endabschnitt (8) mit einer Schutzkappe (12) versehen ist, die wenigstens eine, zur Aufrechterhaltung einer Luftströmung an der Spitze (3) bestimmte Öffnung aufweist, und daß die Vergußmasse (11) auch teilweise die Schutzkappe (12) ausfüllt.
Verfahren zur Herstellung eines Temperatursensors nach Anspruch 12, bei dem die Einzelteile des Temperatursensors zunächst mechanisch zusammengefügt werden und dann der hohle Endabschnitt mit einem Zweikomponenten-Epoxid-Gießharz ausgefüllt wird, das aus einer Dichtungsmasse und einem Härter besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Dichtungsmasse und der Härter im Mischungsverhältnis (Gewichtsverhältnis) 10 : 1 bis 10 : 1,1 unter Herstellung einer Vergußmasse miteinander vermischt werden, die Vergußmasse dann in den hohlen, vorzugsweise auf etwa 80° C vorgewärmten Endabschnitt (8) des Steckerteils (6) eingefüllt wird, bis nur noch die das Heißleiter-Kügelchen (4) tragende Spitze (3) des Heißleiters (1) aus der Vergußmasse herausragt, danach die Aushärtung in einem Heizofen erfolgt, indem dieser für zunächst etwa 16 Stunden auf etwa 80°C, danach etwa 3 Stunden auf etwa 120°C und dann etwa 3 Stunden auf etwa 180°C eingestellt wird, und daß der Temperatursensor abschließend der Abkühlung auf Raumtemperatur überlassen wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergußmasse eine Mischung aus Stycast 2762 FT und Catalyst 17 verwendet wird.