DE1566687B1 - Feuermelder - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Feuermelder, beste- Als bistabile Elemente wurden bisher, abgesehen hend aus mindestens einem auf Folgeerscheinungen von wirtschaftlich ungünstigen, aufwendigen Schaleines Brandes empfindlichen Fühlerelement, welches tungen, hauptsächlich gesteuerte Gleichrichter und bei angelegter Spannung Brandkenngrößen in ein elektromechanische Relais verwendet. Aus der deutelektrisches Signal umwandelt, aus einem als Verstär- 5 sehen Auslegeschrift 1194 739 ist es auch bekannt, kerelement und Schwellwertdetektor dienenden Tran- astabile Multivibratoren und Flip-Flop-Schaltungen sistor, welchem das elektrische Signal des Fühler- als bistabile Schaltelemente zu benützen. Diese Schalelementes als Eingangssignal zugeführt wird, und einer tungen haben indessen den Nachteil, daß sie durch elektronischen Schaltung zur Auswertung der Aus- externe Störungen leicht zur Zündung und Umgangssignale des Transistors, welche elektronische io schaltung in den andern bistabilen Zustand gebracht Schaltung ihren elektrischen Widerstand sprungartig werden können. Soll dieser Nachteil vermieden werändert, wenn das Ausgangssignal des Transistors den, so müssen verzögernde und stabilisierende Schalteinen bestimmten Schwellenwert überschreitet. elemente wie Kondensatoren und Zenerdioden einge-

Fühlerelemente, welche auf Folgeerscheinungen baut werden, die den Melder verteuern und zudem eines Brandes, wie z.B. Rauchentwicklung,Tempera- 15 die Zuverlässigkeit des Systems, auf die Dauer geturanstieg, Flammertbildung usw., ansprechen und die sehen, reduzieren. Elektromechanische Relais dagegen Brandkenngrößen in eine elektrische Spannung um- ergeben im Zusammenhang mit Feuermeldern der einwandeln, sind in zahlreichen Varianten bekannt; gangs beschriebenen Art schaltungstechnische Schwierauchempfindliche, lichtempfindliche und temperatur- rigkeiten und sind auf die Dauer gesehen ebenfalls empfindliche Fühlerelemente werden unter anderem ao relativ unzuverlässig.

seit langem schon erfolgreich in Feuermeldern ver- Ziel der Erfindung ist deshalb ein störungssicherer wendet. Zur Verstärkung der über dem Fühlerele- und auf die Dauer gesehen zuverlässiger Feuermelder ment aufscheinenden Spannungen werden verschie- der eingangs beschriebenen Art, bei welchem die dene elektronische Schaltungen und Bauelemente Speicherung eines Alarmzustandes mit möglichst benützt; besonders gut eignet sich dabei die Kalt- 25 geringem Aufwand erreicht wird,
kathodenröhre, welche seit einiger Zeit erfolgreich Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß durch den Feldeffekttransistor ersetzt wird. Feldeffekt- die elektronische Schaltung mit dem Fühlerelement transistor und Kaltkathodenröhre weisen den Vorteil in der Weise rückgekoppelt ist, daß bei der sprungeiner hohen Eingangsimpedanz auf und werden vor- artigen Änderung des elektrischen Widerstandes der zugsweise in Verbindung mit hochohmigen Fühler- 3° elektronischen Schaltung gleichzeitig die am Fühlerelementen wie etwa der rauchempfindlichen Ioni- element liegende Spannung in der Weise verändert sationskammer eingesetzt. Bei der Verwendung von wird, daß das Eingangssignal des Transistors in der niederohmigen Fühlerelementen kann natürlich ein gleichen Richtung verschoben wind wie bei einer Vergewöhnliches Verstärkerelement, ζ. B. ein Transistor, Stärkung der Brandkenngrößen und der Melder daeine Elektronenröhre usw., eingesetzt werden. Durch 35 durch in Selbsthaltung gerät.

geeignete Schaltung können diese Bauelemente zu- Der Melder, bestehend aus Fühlerelement, Trangleich auch als Schwellwertdetektoren verwendet sistor und elektronischer Schaltung, wird durch diese werden, so daß an deren Ausgang erst dann eine Maßnahme bistabil und unterscheidet sich damit wesentliche Signaländerung auftritt, wenn das Poten- grundlegend von einem anderen bekannten Feuertial an ihrem Eingang einen vorbestimmten Wert 40 meider, bei welchem zwei Fühlerelemente in Brückenüberschritten hat. Der Ausgang des Transistors, wel- schaltung mit einer elektronischen Schaltung in Serie eher im folgenden ganz allgemein das Verstärkerele- liegen und bei welchem Brückenschallunig und elekment symbolisieren soll, ist an eine elektronische tronische Schaltung ein rückgekoppeltes System, Schaltung angeschlossen, deren Aufgabe in erster jedoch mit monostabilen Eigenschaften, bilden. Ein Linie die Weiterleitung eines allfälligen Alarmsignals 45 Alarmsignal scheint bei diesem bekannten System nur an die Zentrale ist. Die elektronische Schaltung kann so lange auf, als die Brückenschaltung verstimmt ist; Elemente enthalten, welche der Überwachung des verschwinden die alarmauslösenden Bedingungen Feuermelders auf einwandfreie Funktionsbereitschaft wirklich oder nur scheinbar, so kehrt die Brücke dienen. Schließlich kann der Feuermelder auch ein wieder ins Gleichgewicht zurück, und das Alarmsignal Anzeigeorgan aufweisen, welches die Zustände des 5° verschwindet.

Systems, nämlich Betriebsbereitschaft, Alarm oder Der Stand der Technik sowie einige besonders vorStörung, kennzeichnet. teilhafte Ausführungen der Erfindung werden im fol-

Fühlerelement, Transistor und elektronische Schal- genden an Hand der Zeichnungen näher erläutert,

rung bilden bei den meisten bekannten Feuermeldern Es zeigt

eine Signalkette; die Schaltung gibt dabei ein durch 55 F i g. 1 ein Schaltungsbeispiel zur Erläuterung des

das Fühlerelement ausgelöstes Alarmsignal nur so Standes der Technik,

lange an die Zentrale weiter, als das Fühlerelement Fig.2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin-

die entsprechende Signalspannung abgibt. Aus ver- dungsgemäßen Feuermelders,

schiedenen Gründen muß jedoch gefordert werden, Fig.3 das Ausführungsbeispiel der Fig.2 mit

daß ein angesprochener Melder seinen Alarmzustand ^5o Vorrichtung zur Funktionskontrolle,

auch dann noch beibehält, wenn die alarmauslösen- F i g. 4 das Ausführungsbeispiel der F i g. 2 mit

den Bedingungen wieder verschwunden sind, das verstärkter Selbsthaltung.

Fühlerelement folglich keine alarmauslösende Span- In der den Stand der Technik repräsentierenden nung mehr abgibt. Es sind deshalb Feuermelder be- F i g. 1 besteht das Fühlerelement 1 aus einer Ionikanntgeworden, welche ein bistabifes Schaltelement ⁶5 sationskammer mit einem in Serie geschalteten Wideraufweisen, welches den Alarmzustand so lange stand 2. Die Ionisationskammer 1 ist so beschaffen, speichert, bis eine Rückstellung des Feuermelders, daß die umgebende Luft nahezu ungehinderten Zuzumeist von der Zentrale aus, erfolgt. tritt hat. Auf Grund der physikalischen Eigenschaf-

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ten der Ionisationskammer ändert sich beim Eindrin- stand bis zu einer allfälligen, willentlichen Rückstelgen von Rauchgasen deren elektrischer Widerstand, lung des Feuermelders. Dieser bistabile Zustand wird wodurch eine entsprechende Spannungsänderung über auch dann beibehalten, wenn die auf die Ionisationsder Ionisationskammer hervorgerufen wird. kammer 1 einwirkende Brandkenngröße wieder unter

Die Größe des elektrischen Stromes, welcher bei 5 den Alarmwert sinkt bzw. die Kammer ein unter der Abwesenheit von Rauchaerosolen in der Ionisations- Alarmschwelle liegendes Signal abgibt,
kammer fließt, wird durch die Stärke eines radio- Durch die Abschaltung der Spannung über der

aktiven Präparates bestimmt, durch dessen ionisie- Ionisationskammer 1 im alarmierten Zustand des rende Strahlung die Luft in der Kammer leitend Melders ergibt sich noch folgender, wesentlicher Vorgemacht wird. Als Verstärkerelement dient ein Feld- io teil: Es ist allgemein bekannt, daß, bedingt durch die effekttransistor 4, dessen Gitter derart an die Ioni- elektrische Aufladung der Brandaerosole in der Ionisationskammer 1 angeschlossen ist, daß die Spannung sationskammer, je nach Größe der vorherrschenden über derselben den Strom im Feldeffekttransistor 4 elektrischen Feldstärke eine mehr oder weniger starke steuert; die Spannung über dem Widerstand 6 ist Aerosolabscheidung an den Elektroden der Ionidann ein Maß für die Spannung über dem Fühler- 15 sationskammer 1 stattfindet und so die Funktionselement 1. Die vom Verstärkerelement 4 angesteuerte sicherheit des Feuermelders beeinträchtigt. Wird nun elektronische Schaltung besteht aus einer Zenerdiode bei Ansprechen des Melders die Spannung über der 25 mit Widerstand 26, einem gesteuerten Gleichrich- Ionisationskammer 1 abgeschaltet, so kann infolge ter 8 sowie einem Anzeigeinstrument 9. Der Gleich- Fehlens eines elektrischen Feldes keine weitere Abrichter 8 zündet, wenn die Spannung über dem Wider- 20 scheidung mehr stattfinden; der Feuermelder ist damit stand 6 die Zenerspannung der Zenerdiode 25 über- auch weiterhin, ohne Vornahme von aufwendigen schreitet und speichert durch seine bistabile Eigen- Reinigungsarbeiten, einsatzfähig,
schaft das Signal bis zur Rückstellung des Melders Die Ionisationskammer 1 wurde bisher lediglich

durch die Zentrale. Das in Serie mit dem gesteuerten als Widerstand betrachtet; in Wirklichkeit besitzt sie Gleichrichter 8 geschaltete Anzeigeinstrument 9 dient 25 jedoch noch eine Eigenkapazität, welche in der zur Kennzeichnung des Alarmzustandes. Fig. 2 mit 13 bezeichnet ist. Diese Tatsache wirkt

Fig.2 zeigt ein erstes Schaltungsbeispiel eines sich positiv auf die Zuverlässigkeit der rückgekop-Feuermelders nach der Erfindung. Analog F i g. 1 pelten Schaltung aus, wird doch durch die resultieist hier wiederum die Ionisationskammer 1 mit dem rende Zeitverzögerung die Wahrscheinlichkeit des Widerstand 2, welcher auch aus einer weiteren Ioni- 30 Auftretens von Fehlalarmen infolge Einwirkung von sationskammer bestehen kann, in Serie geschaltet und externen Störungen in Form von kurzen Spannungsder gemeinsame Verbindungspunkt auf das Gitter spitzen oder Impulsen wesentlich verringert. Die des Feldeffekttransistors 4 geführt. Die Kathode des Ionisationskammer 1 besitzt einen Innenwiderstand Feldeffekttransistors 4 ist mittels eines Spannungs- in der Größenordnung ΙΟ¹¹ Ω und eine Eigenkapazität teilers: Widerstand 5, Potentiometer 6 vorgespannt. 35 von etwa 10 pF, so daß sich eine Zeitkonstante von Der Feldeffekttransistor 4 arbeitet als Verstärker- etwa 1 Sekunde ergibt. Weiter besitzt auch der Feldelement und Schwellwertdetektor, wobei seine An- effekttransistor4 eine (geringe) Eigenkapazität, so daß sprechschwelle durch das Potentiometer 6 eingestellt der Feuermelder der F i g. 2 ohne zusätzliche Schalwerden kann. Die Anode des Feldeffekttransistors 4 tungsmittel eine gute Ansprechverzögerung aufweist, ist über einen Widerstand? mit der einen Speise- 40 Wie bereits erwähnt, sind Feldeffekttransistor4 leitung 11 verbunden. Die elektronische Schaltung und Transistor 8 im Ruhezustand stromlos. Damit der F i g. 2 besteht hier aus einem Transistor 8 und kann der Ruhestrom und damit die Leistungsaufeinem Widerstand 3, wobei der Emitter des Tran- nähme des Melders im Normalbetrieb klein gehalten sistors 8 mit der Speiseleitung 11, der Kollektor über werden, was heute im Hinblick auf Anlagen mit den Widerstand 3 mit der Speiseleitung 12 verbunden 45 mehreren hundert Meldern pro Gruppe positiv ins ist. Der niederohmige Ausgang der Ionisationskam- Gewicht fällt. Aus dieser Anordnung ergibt sich mer 1 ist auf den Kollektor des Transistors 8 geführt, zudem noch als Vorteil, daß die Transistoren bei dessen Basis von der Anode des Feldeffekttransistors 4 hoher Umgebungstemperatur zu leiten beginnen, angesteuert wird. Die Zentrale besteht, stark verein- womit der Feuermelder zugleich auch als Maximalfacht, aus einem Strommeßgerät 9 in Serie mit einer 50 temperaturmelder arbeitet. Die Erfindung kann aber Spannungsquelle 10, welche zwischen die Speise- selbstverständlich auch mit im Ruhezustand leitenden leitungen 11 und 12 geschaltet sind. Transistoren, bzw. ein Transistor leitend und ein

Der Transistor 8 ist im Ruhezustand gesperrt. Transistor gesperrt, realisiert werden.
Dringt nun Rauch in die Ionisationskammer 1 ein, so Aber auch im leitenden Zustand nehmen der Feldvergrößert sich deren Widerstand, wodurch die Gitter- 55 effekttransistor 4 wie der Transistor 8, im Vergleich Kathodenspannung des Feldeffekttransistors 4 bis zur zum bekannten gesteuerten Gleichrichter der Fig. 1, Ansprechschwelle steigt. Über dem Widerstand 7 er- nur relativ wenig Leistung auf. Dies ist besonders scheint ein Spannungsabfall, und der Transistor 8 dann wichtig, wenn die Melder mit einer Vorrichtung beginnt zu leiten. Über dem Widerstand 3 baut sich gekoppelt sind, die zu Prüfzwecken bei allen Meldern eine Spannung auf, welche durch den Spannungstei- 60 gleichzeitig alarmsimulierende Bedingungen schafft ler: Ionisationskammer 1, Widerstand 2 auf das Gitter und das simultane Ansprechen aller Feuermelder des Feldeffekttransistors 4 übertragen wird, wodurch überwacht; in diesem Falle muß aus installationstechletzterer noch stärker leitet. Diese Rückkopplung nischen und Gründen der Energieversorgung der bewirkt, daß die Spannung über der Ionisations- Alarmstrom eines einzelnen Melders möglichst klein kammer 1 praktisch abgeschaltet wird; das an den 65 gehalten werden.

Klemmen der Kammer verbleibende Potential wird Fig. 3 zeigt eine solche Kombination eines erfin-

praktisch gleich jenem der Speiseleitung 11, und der dungsgemäßen Feuermelders mit einer Vorrichtung Feldeffekttransistor 4 verharrt nun im leitenden Zu- zur periodischen Überwachung der Funktionstüch-

tigkeit der Melder. Die Kollektoren der einzelnen Transistoren 8 der Melder sind über Dioden 14 mit einer Sammelleitung 15 verbunden, welche in der Zentrale über einen Widerstand 16 und ein Strommeßgerät 19 an den einen (negativen) Pol der Spannungsquelle 10 geführt ist. Parallel zum Strommeßgerät 19 und Widerstand 16 liegt die Serienschaltung eines Schalters 17 und eines Widerstandes 18; fcei kurzzeitiger Betätigung des Schalters 17 wird das Potential an der mederohmigen Klemme der Ionisationskammer 1 von einem Wert, der praktisch gleich dem Potential der Speiseleitung 12 ist, auf einen durch den Spannungsteiler: Widerstand 3 — Widerstand 18 gegebenen (negativen) Wert erhöht. Dadurch wird auch die Gitter-Kathodenspannung des Feldeffekttransistors 4 vergrößert, so daß dieser zündet und der Melder, sofern intakt, in seine bistabile Alarmstellung kippt. Die Dioden 14 bilden mit dem Widerstand 16 zusammen ein UND-Tor; sind alle geprüften Melder intakt, so bleiben sämtliche Dioden 14 gesperrt und das Strommeßgerät 19 stromlos. Ist jedoch mindestens ein Melder defekt, so fließt nunmehr über dessen Widerstand 3 ein Strom durch das Meßgerät 19, wobei dessen Ausschlag eine Störung anzeigt.

Die Alarmgabe eines Melders erfolgt weiterhin über das in der Speiseleitung 11 liegende Strommeßgerät 9. Durch geeignete Wahl des Widerstandes 3 kann dabei der im Alarmfall fließende Strom auf einen gewünschten Wert, etwa den doppelten Ruhestrom, eingestellt werden. Die Rückstellung der Melder erfolgt durch Unterbrechung der Speiseleitung 11 mittels eines Unterbrechers 20.

Fig.4 zeigt schließlich eine Modifikation der Schaltung gemäß Fig.2. Parallel zum Potentiometer 6 ist die Emitter-Kollektorstrecke eines weiteren Transistors 21 angeordnet, dessen Basis über einen Widerstand 22 mit dem Kollektor des Transistors 8 und über einen Widerstand 23 mit der Speiseleitung 12 verbunden ist. Bei Ansprechen des Feldeffekttransistors 4 und des Transistors 8 wird auch Transistor 21 leitend und schließt damit das Potentiometer 6 kurz. Damit wird die Gitter-Kathodenspannung des Feldeffekttransistors 4 zusätzlich vergrößert und auf die Melderbetriebsspannung gebracht. Für die Aufrechterhaltung eines allfälligen Alarmzustandes ist die minimal erforderliche Melderspannung (Haltespannung) somit nur noch durch die Schwellwertspannung des Feldeffekttransistors gegeben. Die Maßnahme der F i g. 4 ist vor allem dann angebracht, wenn die Melder-Speisespannung nicht als konstant angenommen werden darf, z. B. wenn die Speiseleitung einen relativ hohen Leitungswiderstand 24 besitzt, oder die Speisespannungsquelle 10 nicht niederohmig genug ist.

Wurden die Schaltungen der Fig. 2 bis 4 bisher lediglich an Hand von Rauchbrandmeldern, bei welchen als Fühlerelement eine Ionisationskammer 1 verwendet wird, beschrieben, so eignen sich die gleichen Schaltungen selbstverständlich auch für optische, thermische und andere Feuermelder dieser Art. So besteht beispielsweise beim optischen Feuermelder das Fühlerelement aus einer Photozelle, welche über den Feldeffekttransistor 4 und die elektronische Schaltung eine Lichtquelle ansteuert. Die Rückkopplung würde in diesem Falle optisch erfolgen, indem die Energie der Lichtquelle wieder auf die Photozelle zurückgeführt wird.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Feuermelder mit mindestens einem auf Folgeerscheinungen eines Brandes empfindlichen Fühlerelement, das bei angelegter Spannung Brandkenngrößen in ein elektrisches Signal umwandelt, mit einem als Verstärkerelement und Schwellwertdetektor arbeitenden Transistor, dem das elektrische Signal des Fühlerelements als Eingangssignal zuführbar ist, und mit einer der Auswertung der Ausgangssignale des Transistors dienenden elektronischen Schaltung, die ihren elektrischen Widerstand sprungartig ändert, wenn das Ausgangssignal des Transistors einen bestimmten Schwellwert überschreitet, dadurchge kennzeichnet, daß die elektronische Schaltung (3, 8) mit dem Fühlerelement (1) in der Weise rückgekoppelt ist, daß bei der sprungartigen Änderung des elektrischen Widerstandes der elektronischen Schaltung gleichzeitig die am Fühlerelement hegende Spannung in der Weise verändert wird, daß das Eingangssignal des Transistors in der gleichen Richtung verschoben wird wie bei einer Verstärkung der Brandkenngrößen und der Melder dadurch in Selbsthaltung gerät.

2. Feuermelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung einen zweiten Transistor (8) und einen Widerstand (3) aufweist, der in Serie mit der Kollektor-Emitterstrecke des zweiten Transistors (8) geschaltet ist, dessen Basis an den Ausgang des ersten Transistors (4) geschaltet ist, während das Fühlerelement (1) auf der einen Seite mit der Steuerelektrode des ersten Transistors (4) und auf der anderen Seite mit dem Knotenpunkt zwischen dem zweiten Transistor (8) und dem Widerstand (3) verbunden ist.

3. Feuermelder nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (4) und der zweite Transistor (8) im Ruhezustand stromlos und im 'angesprochenen Zustand stromführend sind.

4. Feuermelder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlerelement durch eine Ionisationskammer (1) gebildet ist, welche in Serie mit einem Widerstand (2) liegt wobei das Gitter des ersten Transistors (4) auf dem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen Ionisationskammer (1) und Widerstand (2) geführt ist.

5. Feuermelder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (2) aus einer zweiten Ionisationskammer gebildet ist.

6. Feuermelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode des ersten Transistors (4) zur Einstellung der Ansprechschwelle des Melders auf den Abgriff eines Potentiometers (6) geführt ist.

7. Feuermelder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kathodenwiderstand (6) des ersten Transistors (4) ein dritter Transistor (21) angeordnet ist, dessen Basis vom zweiten Transistor (8) derart ansteuerbar ist, daß bei Ansprechen des ersten Transistors bzw. des zweiten Transistors der dritte Transistor den Kathodenwiderstand(6) kurzschließt (Fig. 4).

8. Feuermelder nach Anspruch 2, der in bekannter Weise mit mindestens einem weiteren Feuermelder parallel geschaltet und mit einer

Signalzentrale verbunden ist, wobei in dieser Zentrale Mittel vorgesehen sind, welche zur Funktionsprüfung dieser Feuermelder die Eingangsspannung am ersten Transistor auf den Alarmwert bringen, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Feuermelder am Kollektor des zweiten Transistors (8) eine Diode (14) angeschaltet ist, welche über eine für alle Feuermelder gemein-

same Leitung (15) mit der Zentrale verbunden ist, so daß diese Dioden (14) eine logische Schaltung bilden, welche anzeigt, ob während des Prüfvorganges alle angeschlossenen Melder sich im Alarmzustand befinden (Fig. 3).

9. Feuermelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (4) aus einem Feldeffekttransistor besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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