Brandmeldeanlage mit Ueberwachung

Abstract

 Eine Brandmeldeanlage mit Ionisationsrauchmeldern (7), die eine erhöhte Sicherheit gegen Fehlalarme aufweist, enthält in den Brandmeldern eine Ionisationsmeßkammer (1), welche in Serie mit einem linearen Widerstand (2) zwischen zwei gleichzeitig der Spannungsversorgung dienende Meldelinien (8, 9) geschaltet ist und elektronische Mittel (11, 28), mit denen die Betriebsspannung der Ionisationsrauchmelder (7) und damit die Kamerspannung (Uk) der Ionisationsmeßkammer (1) periodisch zwischen dem normalen Wert (Ut), der eine hohe Melderempfindlichkeit bewirkt und einem erhöhten Wert (Uh), der bewirkt, daß die Ionisationsmeßkammer (1) möglichst im Sättigungsbereich arbeitet, hin- und hergeschaltet wird. Durch Vergleich des Ionisationsstroms in der Ionisationsmeßkammer (1) bei hoher (Uh) und bei normaler (Ut) Betriebsspannung ist es möglich Fehlalarme zu unterdrücken und das Auftreten von Rauch auch zu detektieren, wenn die radioaktive Quelle (10), beispielsweise durch Betauung, abgedeckt ist, da das durch das Eindringen von Rauch hervorgerufene Signal überwiegt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Brandmeldeanlage gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei der eine Anzahl an Meldelinien liegende Ionisationsrauchmelder, welche verschiedene elektrische Zustände annehmen können, mit einer Brandmeldezentrale verbunden ist.

[0002] Eine solche Brandmeldeanlage ist aus der nicht-vorveröffentlichten EP-PA-90'117'759.2 bekannt. Brandmeldeanlagen dieses Typs werden in zunehmendem Maße zum Schutze von Menschenleben und Sachwerten eingesetzt; sie bestehen aus Brandmeldern, die in den zu schützenden Objekten installiert sind und Brandmeldezentralen, die über ein Leitungsnetz mit den Meldern verbunden sind. Unter den Brandmeldern nehmen die Ionisationsrauchmelder eine besondere Stellung ein, da sie in der Lage sind, Brände in einem so frühen Stadium zu detektieren, daß geeignete Mittel, insbesondere zum Schutze von Menschenleben, rechtzeitig eingesetzt werden können. Man spricht daher auch von Frühwarnsystemen.

[0003] Die Funktionsweise der Ionisationsrauchmelder beruht auf der Ausnützung des physikalischen Effektes, daß der in einer Ionisationskammer fließende Ionenstrom durch die Anwesenheit von Rauch, d.h. von Aerosolen, beeinflußt wird. Zu diesem Zweck wird mit Hilfe schwacher radioaktiver Präparate die Luft in einer Meßkammer, zu der die umgebende Luft Zutritt hat, ionisiert, so daß zwischen den Elektroden ein Ionenstrom fließt. Dringt nun Rauch, oder allgemein gesprochen ein Brandaerosol, in die Meßkammer ein, so kommt es zu einer Anlagerung der Luftionen an die Aerosolteilchen, wodurch ihre Beweglichkeit stark herabgesetzt wird. Das Ergebnis ist eine Erniedrigung des Ionenstroms. Überschreitet die Stromänderung einen bestimmten Grenzwert, so wird ein Alarmsignal erzeugt, das zur Zentrale übertragen wird.

[0004] Ein Problem bei allen Brandmeldeanlagen ist das Auftreten von Fehlalarmen. Bei Ionisationsrauchmeldern besteht ein spezielles Problem darin, daß die Melder empfindlich gegen das Auftreten erhöhter Luftgeschwindigkeiten, gegen das Betauen oder gegen eine Abdeckung der radioaktiven Quelle durch Staub oder Korrosion sind, da diese Phänomene auf den Ionenstrom den gleichen Effekt ausüben, wie das Auftreten von Brandaerosolen. Da eine solche Änderung des Ionenstroms bewirkt, daß die Melder immer empfindlicher werden, nimmt die Fehlalarmneigung ständig zu. Das Auftreten von Fehlalarmen ist besonders dann störend, wenn durch eine Alarmmeldung automatische Löschanlagen in Betrieb gesetzt oder externe Löschkräfte aufgeboten werden.

[0005] Gegen das Auftreten von Fehlalarmen durch erhöhte Luftgeschwindigkeiten wurden mit Erfolg konstruktive Gestaltungen der Lufteintrittsöffnungen der Meßionisationskammer angewendet, z.B. gemäß DE-B2-24'15'479. Um Funktionsstörungen von Ionisationsrauchmeldern durch Niederschlag von Feuchtigkeit zu vermeiden, wurden die Elektroden beheizt, oder es wurde die Verlustwärme der elektronischen Schaltung zur Beheizung ausgenutzt, wie es in der DE-C3-25'37'598 vorgeschlagen wurde.

[0006] In der EP-A1-0'070'449 wurde vorgeschlagen, die Meßwerte nach Übertragung zu einer Signalzentrale auszuwerten. Dabei wird aus den einzelnen Meßwerten für jeden Melder ein Ruhewert gebildet und in einem Ruhewertspeicher gespeichert. Aus dem jeweiligen Meldermeßwert und einem in einem Vergleichsspeicher gespeicherten Vergleichswert wird ein aktueller Vergleichswert gebildet und in den Vergleichsspeicher eingeschrieben. Nach Vergleich des aktuellen Vergleichswertes mit einem Grenzwert wird entweder eine Anzeigevorrichtung angesteuert, oder es wird aus dem aktuellen Meldermeßwert und dem gespeicherten Ruhewert ein neuer Ruhewert gebildet und in den Ruhewertspeicher eingeschrieben. So ist es möglich, eine langsame Veränderung am Melder, beispielsweise durch Verschmutzung, auszugleichen und die Melderempfindlichkeit über eine sehr lange Zeit konstant zu halten.

[0007] In der DE-A1-24'28'325 wurde vorgeschlagen, Flüssigkeitsniederschlag und Isolationsverschlechterung der Ionisationsmeßkammer durch eine die Betauung verhindernde chemische Zusammensetzung der die Meß- und Referenzkammer trennende Scheibe zu vermeiden.

[0008] Gegen das Auftreten von Fehlalarmen durch Abdeckung der radioaktiven Quelle durch Verschmutzung wurde in der veröffentlichten JP-PA-47-93018 vorgeschlagen, die Kriechwege zwischen Mittelelektrode und den beiden anderen Elektroden so zu dimensionieren, daß sie dem Verhältnis der Kammerspannungen entsprechen, so daß bei gleichmäßiger Verschmutzung keine Spannungsverschiebung an der Mittelelektrode auftritt.

[0009] Zur Verhinderung von Niederschlägen auf der radioaktiven Quelle, welche die Funktionsfähigkeit des Ionisationsrauchmelders beeinträchtigen würden, wurde in der DE-PS-11'01'370 vorgeschlagen, gegenüber der leitfähigen Präparatunterlage eine unter Vorspannung stehende ringförmige Schutzelektrode anzuordnen. Das dadurch entstehende elektrische Feld soll die Bildung von Niederschlägen auf der radioaktiven Quelle verhindern.

[0010] Bei dem Ionisationsrauchmelder gemäß DE-B2-24'23'046 dient ein Schutzringsystem zur Meldung eines durch Betauung oder Verstaubung verringerten Isolationswiderstandes der Ionisationsmeßkammer. Eine Änderung der Potentialdifferenz zwischen dem Schutzringsystem und dem Verbindungspunkt zwischen Meß- und Referenzkammer wird von der Zentrale als Störung ausgewertet.

[0011] In der US-A-3,964,036 ist ein Brandmeldesystem beschrieben, bei dem eine zum Nachweis von Rauch dienende Meßionisationskammer und eine zweite Ionisationskammer, die als Referenzkammer dient, in Reihe zwischen zwei gleichzeitig der Stromversorgung des Melders dienende Leitungen geschaltet sind. An der gemeinsamen Elektrode von Meß- und Referenzkammer ist ein Verstärkungselement angeschlossen, welches in Abhängigkeit von dem Potential der gemeinsamen Elektrode ein verstärktes Signal abgibt. Der Verlauf des verstärkten Signals des Ionisationsrauchdetektors wird auf einem Anzeigegerät sichtbar gemacht und von einem Schreibgerät aufgezeichnet. Ein Fehlalarm wird von einem echten Alarm dadurch unterschieden, daß der erhaltene Signalverlauf mit bekannten durch Verschmutzung oder Betauung erhaltenen Kurven verglichen wird. Diese Art der Fehlalarmerkennung ist technisch und personell sehr aufwendig.

[0012] Um die Nachteile der in den vorstehend erwähnten Patentschriften beschriebenen Brandmeldesysteme zu vermeiden, wurde in der nicht-vorveröffentlichten EP-PA-90'117'759.2 eine Brandmeldeanlage vorgeschlagen, die eine erhöhte Sicherheit gegen Fehlalarme aufweist, insbesondere gegen solche, die durch Abdeckung der radioaktiven Quelle, z.B. durch Verstaubung oder Betauung, entstehen. Dies wird dadurch erreicht, daß bei einer Brandmeldeanlage mit Ionisationsrauchmeldern, die eine Ionisationsmeßkammer, welche in Serie mit einem linearen Widerstand zwischen zwei gleichzeitig der Spannungsversorgung dienende Meldelinien geeschaltet ist, die Betriebsspannung der Ionisationsrauchmelder und damit die Kammerspannung der Ionisationsmeßkammer heraufgesetzt wird, wenn sich der Ionenstrom in der Ionisationsmeßkammer erniedrigt hat. Aus dem Strom, der bei der erhöhten Betriebsspannung, die so hoch angesetzt wird, daß die Ionisationsmeßkammer möglichst im Sättigungsbereich arbeitet, fließt, kann festgestellt werden, ob sich der Sättigungsstrom der Ionisationsmeßkammer gegenüber vorgegebenen Sollwerten erniedrigt hat. Ist dies der Fall, so liegt eine Störung, z.B. durch eine Abdeckung der radioaktiven Quelle vor, andernfalls wird ein Alarmsignal ausgelöst.

[0013] Die in der EP-PA-90'117'759.2 vorgeschlagene Brandmeldeanlage gestattet es, sofort und unmittelbar, sowie automatisch zu erkennen, ob es sich bei einer Änderung des Ionisationsstromes in der Ionisationsmeßkammer um einen Fehlalarm oder um einen echten, durch einen Brand verursachten Alarm handelt.

[0014] Die in der EP-PA-90'117'759.2 beschriebene Brandmeldeanlage weist jedoch noch den Nachteil auf, daß das Eindringen von Rauch nicht erkannt werden kann, wenn eine Abschwächung der Ionisation durch eine Betauung der radioaktiven Quelle erfolgt ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, diesen Nachteil zu beseitigen, d.h. die in der EP-PA-90'117'759.2 beschriebene Brandmeldeanlage so zu verbessern, daß auch bei abgedeckter radioaktiver Quelle das Auftreten von durch einen Brand verursachten Rauch mit Sicherheit erkannt werden kann.

[0015] Dies wird erfindungsgmemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Brandmeldeanlage sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.

[0016] Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brandmeldeanlage besteht darin, daß die Mittel zur periodischen Veränderung der Betriebsspannung der Ionisationsrauchmelder und die Mittel zu Signalauswertung in den Ionisationsrauchmeldern angeordnet sind.

[0017] Gemäß einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brandmeldeanlage sind die Mittel zur periodischen Veränderung der Betriebsspannung der Ionisationsrauchmelder und die Mittel zur Signalauswertung in der Signalzentrale angeordnet.

[0018] Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brandmeldeanlage besteht darin, daß in den Brandmeldern Mittel vorgesehen sind, die das Ausgangssignal des Verstärkerelementes der Ionisationsrauchmelder zur Signalzentrale übermitteln, daß in der Signalzentrale Mittel zur Auswertung der übermittelten Signale vorgesehen sind und daß die Mittel zur Veränderung der Betriebsspannung der Ionisationsrauchmelder in den Brandmeldern vorgesehen sind.

[0019] Die wesentliche Verbesserung der Brandmeldeanlage der vorliegenden Erfindung gegenüber der Brandmeldeanlage gemäß EP-PA-90'117'759.2 besteht darin, daß die Betriebsspannung der Ionisationsrauchmelder nicht bleibend auf einen höheren Wert gesetzt wird, wenn der Ionenstrom in der Ionisationsmeßkammer unter einen vorbestimmten Wert absinkt, sondern daß das Ausgangssignal des Verstärkerelementes durch einen konstanten Wert dividiert wird, daß die Betriebsspannung periodisch zwischen einem höheren und einem tieferen Wert umgeschaltet wird, solange der Ionenstrom in der Ionisationsmeßkammer unter dem gennanten Wert bleibt und daß die Ausgangssignale des Verstärkerelementes bei niedriger und hoher Betriebsspannung ständig miteinander verglichen werden. Wenn das Ausgangssignal des Verstärkerelementes bei niedriger Betriebsspannung kleiner ist als das Ausgangssignal bei hoher Betriebsspannung und wenn es gleichzeitig über einem vorbestimmten Wert, d.h. oberhalb der Alarmschwelle des Brandmelders, liegt, dann erfolgte die Verminderung des Ionenstroms in der Meßionisationskammer nicht auf Grund einer Abdeckung der radioaktiven Quelle, und es wird ein Alarm ausgelöst.

[0020] Im Normalbetrieb der Brandmeldeanlage liegt an der Ionisationsmeßkammer der Brandmelder eine Betriebsspannung, welche den Arbeitspunkt der Meßkammer so festlegt, daß sie in einem Bereich hoher Rauchempfindlichkeit betrieben wird. Bei einem Absinken des Ionenstroms in der Ionisationsmeßkammer wird ein Signal ausgelöst, von dem nicht sicher ist, ob es durch das Eindringen von Rauch in die Meßkammer oder durch andere Ereignisse, die in gleicher Weise eine Verminderung des Ionenstroms bewirken, verursacht wird. Jetzt wird die Betriebsspannung der Meßkammer abwechselnd auf einen Wert erhöht, der so hoch liegt, daß die Meßkammer möglichst in Sättigung betrieben wird und dann wieder auf den Normalwert abgesenkt. Der fortdauernde Vergleich der bei verschiedenen Kammerspannungen gemessenen Ionenströme ermöglicht es, einen Alarm auch dann zu erkennen, wenn die radioaktive Quelle abgedeckt ist.

[0021] Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Figur 1

ein Blockschaltbild einer Brandmeldeanlage gemäß EP-PA-90'117'759.2,

Figur 2

ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Brandmeldeanlage und

Figur 3

ein Schaltbild einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Brandmeldeanlage.

Figur 4a-4c

graphische Darstellungen des Ausgangssignals des Verstärkerlements in Abhängigkeit von der Zeit bei verschie

denen Ionenströmen.

[0022] Figur 1 zeigt das Blockschaltbild einer Brandmeldeanlage gemäß EP-PA-90'117'759.2. Der Ionisationsrauchmelder 7 weist eine Ionisationsmeßkammer 1 mit Raucheintrittsöffnungen auf, welche den Zutritt der Umgebungsluft zu der Meßkammer 1 gestatten. In der Meßkammer 1 befindet sich eine radioaktive Quelle 10 zur Ionisierung der Luft in der Meßkammer 1. Die Ionisationsmeßkammer 1 liegt in Reihe mit einem hochohmigen Arbeitswiderstand 2 zwischen zwei Meldelinien 8, 9, die gleichzeitig zur Spannungsversorgung dienen. Der Arbeitswiderstand 2 zeigt im Gegensatz zu einer Referenzionisationskammer eine lineare Strom/Spannungs-Charakteristik.

[0023] Am Verbindungspunkt zwischen Ionisationsmeßkammer 1 und Arbeitswiderstand 2 ist ein Verstärkerelement 3 angeschlossen. Der Ausgang des Verstärkerelementes 3 ist mit jeweils einem Eingang zweier Komparatoren 15, 16 verbunden. An dem zweiten Eingang des ersten Komparators 15 liegt die Spannung Us1, welche die Alarmschwelle des Ionisationsrauchmelders 7 bestimmt; am zweiten Eingang des zweiten Komparators 16 liegt die Spannung Us2, welche die Überwachungsschwelle für den Sättigungsstrom Is bestimmt. Der Ausgang des ersten Komparators 15 ist mit einem Monoflop 5, dessen Zeitkonstante größer ist, als die zur Überwachung des Sättigungsstromes erforderliche Zeit, verbunden; der Ausgang des Monoflops 5 ist einerseits mit einem an die die positive Versorgungsspannung +U liefernde Meldelinie 8 angeschlossenen Spannungsgenerator 11, andererseits mit einem Eingang eines UND-Tors 12 verbunden. Der Ausgang des zweiten Komparators 16 ist mit dem anderen Eingang des UND-Tors 12 verbunden. Der Spannungsgenerator 11 dient zur Erzeugung zweier unterschiedlicher Spannungen auf der der Spannungsversorgung dienenden Meldelinie 8. Der Ausgang des UND-Tors 12 ist mit einem bistabilen Schalter 13 verbunden, der über eine weitere Meldelinie 14 mit der Signalzentrale 6 verbunden ist.

[0024] Im Normalzustand erzeugt der Spannungsgenerator 11 an seinem Ausgang eine Spannung U1, die den Arbeitspunkt der Meßkammer 1 festlegt. Dieser Wert ist so gewählt, daß die Meßkammer 1 in einem Bereich hoher Rauchempfindlichkeit betrieben wird. Der Meßkammerstrom erzeugt an dem Arbeitswiderstand 2 einen Spannungsabfall U0. Ändert sich der Ionenstrom in der Ionisationsmeßkammer 1, so ändert sich auch das Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 entsprechend. Bei einem Absinken des Ionenstroms, z.B. auf den Wert Ia1 wird durch den Spannungsgenerator 11 die Betriebsspannung erhöht, und der Strom bei dieser erhöhten Spannung wird gemessen. Wenn jetzt ein erhöhter Strom Ia2 festgestellt wird, so war das Eindringen von Rauch der Grund für die Stromerniedrigung, und das Signal wird als Alarmsignal interpretiert. Ist der gemessene Strom jedoch kleiner als Ia2, so muß eine Erniedrigung des Sättigungsstroms eingetreten sein, und eine Abdeckung der radioaktiven Quelle 10 durch Betauung oder Verschmutzung muß als Grund für die Stromerniedrigung angesehen werden; das Signal wird demgemäß nicht als Alarm interpretiert, sondern, wenn gewünscht, als Störung zur Anzeige gebracht.

[0025] Die beschriebene Brandmeldeanlage kann jedoch nicht das Eindringen von Rauch feststellen, wenn gleichzeitig oder vorgängig durch eine Abdeckung der radioaktiven Quelle 10, beispielsweise durch Betauung, eine Verringerung des Ionisationsstroms erfolgt ist, da bei Auftreten einer Störung die Auslösung eines Alarms durch den zweiten Komparator 16 blockiert ist. Diese Blockierung eines gleichzeitig auftretenden echten Alarmfalls kann jedoch durch eine verbesserte Brandmeldeanlage, die im folgenden an Hand der Figur 2 näher erläutert wird, überwunden werden.

[0026] Der Ionisationsrauchmelder 7 weist ebenfalls eine Ionisationsmeßkammer 1 mit Raucheintrittsöffnungen, welche den Zutritt der Umgebungsluft zu der Meßkammer 1 gestatten, auf. In der Meßkammer 1 befindet sich eine radioaktive Quelle 10 zur Ionisierung der Luft in der Meßkammer 1. Zwischen zwei Meldelinien 8, 9, die gleichzeitig zur Spannungsversorgung dienen, liegt die Ionisationsmeßkammer 1 in Reihe mit einem hochohmigen Arbeitswiderstand 2 der eine lineare Strom/Spannungs-Charakteristik zeigt. Am Verbindungspunkt zwischen Ionisationsmeßkammer 1 und Arbeitswiderstand 2 ist ein Verstärkerelement 3 angeschlossen.

[0027] In der ersten Meldelinie 8 liegt ein Spannungsgenerator 11, durch den die Versorgungsspannung +U des Ionisationsrauchmelders 7 zwischen zwei Werten Ut und Uh umgeschaltet werden kann; wobei die Spannung Ut (=tiefe Spannung) so gewählt wird, daß die Ionisationsmeßkammer 1 im Bereich hoher Rauchempfindlichkeit arbeitet und die Spannung Uh (=hohe Spannung) so gewählt wird, daß die Ionisationsmeßkammer möglichst im Sättigungsbereich arbeitet. Geeignete Werte für die beiden Spannungen sind zum Beispiel Ut = 4 Volt und Uh = 20 Volt.

[0028] Im Gegensatz zu der Brandmeldeanlage gemäß EP-PA-90'117'759.2 ist jedoch bei der erfindungsgemäßen Brandmeldeanlage der Ausgang des Verstärkerelementes 3 mit einem Umschalter 23 verbunden, der das Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 wechselweise mit zwei Divisionsschaltungen 26, 27 verbindet. In der ersten Divisionsschaltung 26 wird das Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 durch einen konstanten Wert dividiert und zwar durch einen Wert Ua, der in der Fabrik fest eingestellt wird. Dieser Wert Ua entspricht dem Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 bei niedriger Betriebsspannung Ut. Dies bedeutet, daß das Ausgangssignal der Divisionsschaltung 26 im Normalfall Eins ist.

[0029] In der zweiten Divisionsschaltung 27 wird das Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 durch einen anderen konstanten Wert dividiert und zwar durch einen Wert Ub, der ebenfalls in der Fabrik fest eingestellt wird und dem Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 bei der höheren Betriebsspannung Uh entspricht. Diese durch Division erhaltenen Werte werden im folgenden als "normalisierte" Werte bezeichnet.

[0030] Die Ausgänge der beiden Divisionsschaltungen 26, 27 sind jeweils mit zwei Momentanwertspeichern 24, 25 verbunden, in denen das in den Divisonsschaltungen 26, 27 jeweils durch einen konstanten Wert dividierte Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 ("normaliserter" Wert) so lange gespeichert wird, bis nach dem nächsten Umschalten jeweils ein neuer Wert an den Eingang des entsprechenden Momentanspeichers 24, 26 gelegt wird.

[0031] Synchron mit der Umschaltung der Betriebsspannung auf die beiden Werte Ut und Uh steuert der Spannungsgenerator 11 den Umschalter 23 so, daß er den Ausgang des Verstärkerelementes 3 mit der ersten Divisionsschaltung 26 und dem ersten Momentanwertschalter 24 verbindet, wenn die Spannung Ut anliegt und mit der zweiten Divisionsschaltung 27 und dem zweiten Momentanwertspeicher 25, wenn die Spannung Uh anliegt. Der Ausgang des ersten Momentanwertspeichers 24 (welcher dem Signal bei der tiefen Spannung Ut entspricht) ist mit den -Eingängen von vier verschiedenen Komparatoren 15, 16, 22, 28 verbunden. An den +Eingang des ersten Komparators 15 ist eine Spannung Us1 gelegt, welche die Alarmschwelle des Ionisationsrauchmelders 7 darstellt und an den +Eingang des zweiten Komparators 16 ist eine Spannung Us2 gelegt, welche die Überwachungsschwelle des Ionisationsrauchmelders 7 darstellt. Während der eine Eingang des dritten Komparators 22 mit dem Ausgang des ersten Momentanwertschalters 24 verbunden ist, ist der andere Eingang des dritten Komparators 22 mit dem Ausgang des zweiten Momentanwertspeichers 25 verbunden, d.h. im dritten Komparator 22 werden die beiden normalisierten Ausgangssignale des Verstärkerelementes 3 miteinander verglichen. Sein Ausgang ist einerseits mit einem ersten UND-TOR 12 andererseits mit dem invertierenden Eingang eines zweiten UND-Tors 17 verbunden, an dessen anderem nicht-invertierenden Eingang der Ausgang des zweiten Komparators 16 liegt. Die Ausgänge der beiden UND-Tore 12, 17 sind mit einem Übermittelungsschaltkreis 18 verbunden, dessen Ausgangssignal über eine weitere Meldelinie 14 an die Signalzentrale 6 weitergeleitet wird.

[0032] In dem vierten Komparator 28 wird das normalisierte Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 mit einer Spannung Us0 verglichen. Der Wert von Us0 ist größer als die Alarmschwelle Us1 und die Überwachungsschwelle Us2; sie stellt den Wert des normalisierten Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 dar, bei welchem der Spannungsgenerator 11 die Betriebsspannung auf der Meldelinie 8 umschaltet. Ist der Wert des normalisierten Ausgangssignals des Verstärkerelementes 3 größer als die Spannung Us0, dann ist der Ausgang am vierten Komparator 28 Logikzustand NULL. Der Spannungsgenerator 11 ist so aufgebaut, daß in diesem Fall eine konstante Spannung Ut erzeugt wird. Ist der Wert des normalisierten Ausgangssignals des Verstärkerelementes 3 bei niedriger Spannung Ut kleiner als Us0, dann ist der Ausgangszustand des vierten Komparators 28 Logik EINS. Dieses Signal wird an den Spannungsgenerator 11 weitergeleitet und veranlaßt diesen, die Betriebsspannung U+ auf der Meldeline 8 periodisch zwischen der tiefen Spannung Ut und der hohen Spannung Uh umzuschalten. Da der Spannungsgenerator 11 auch den Umschalter 23 ansteuert, wird synchron das Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 abwechselnd (bei tiefer Spannung Ut) der ersten und (bei hoher Spannung Uh) der zweiten Divisionsschaltung zugeleitet.

[0033] Im Normalzustand erzeugt der Spannungsgenerator 11 an seinem Ausgang eine Spannung Ut, die den Arbeitspunkt der Meßkammer 1 festlegt. Dieser Wert Ut ist so gewählt, daß die Meßkammer 1 in einem Bereich hoher Rauchempfindlichkeit betrieben wird. Der Meßkammerstrom erzeugt an dem Arbeitswiderstand 2 einen Spannungsabfall U0. Da der Spannungsgenerator 11 die Spannung Ut abgibt, ist der Ausgang des Verstärkerelementes 3 mit der ersten Divisionsschaltung 26 verbunden, in welcher das Signal durch den konstanten Wert Ua dividiert wird. Das so normalisierte Signal liegt an den -Eingängen der vier Komparatoren 15, 16, 22, 28 an. Da das Signal größer als die Spannung Us0 ist, bleibt die Spannung auf der Meldelinie 8 auf dem Wert Ut und durch den Schalter 23 bleibt der Ausgang des Verstärkerelementes 3 mit der Divisionsschaltung 26 verbunden. Da sich das am Ausgang des ersten Momentanwertspeichers 24 anstehende, normalisierte Signal sowohl oberhalb der Alarmschwelle Us1 als auch oberhalb der Überwachungsschwelle Us2 befindet, sind die Ausgangssignale sowohl am ersten Komparator 15 als auch am zweiten Komparator 16 NULL. Demzufolge sind die Ausgänge beider UND-Tore 12, 17 ebenfalls NULL. Es wird weder ein Alarm- noch ein Störungssignal zur Signalzentrale 6 übermittelt.

[0034] Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Brandmeldeanlage wird am besten an Hand der Figur 4 näher erläutert. Auf der Ordinatenachse ist die normalisierte Ausgangsspannung U/Ua, bzw. U/Ub des Verstärkerelementes 3 aufgetragen, während auf der Abszissenachse die Zeit aufgetragen ist. Die Kreuzchen x stellen die normalisierte Ausgangsspannung U/Ua des Verstärkerelementes 3 bei niedriger Betriebsspannung Ut dar, und die kleinen Kreise o stellen die Ausgangsspannung U/Ub des Verstärkerelementes 3 bei erhöhter Betriebsspannung Uh dar.

[0035] Ändert sich der Ionenstrom in der Ionisationsmeßkammer 1, so ändert sich auch das Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 entsprechend. Bei einem Absinken des Ionenstroms vermindert sich das Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 ebenfalls. Angenommen, das normalisierte Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 sinkt so weit ab, daß der vierte Komparator 28 in den Logikzustand EINS schaltet, dann schaltet der Spannungsgenerator 11 in den zweiten Betriebszustand, d.h. er schaltet die Spannung auf der Meldelinie 8 periodisch (mit einer Schaltfrequenz von 0,25 bis 1 Hz) zwischen dem niedrigeren (normalen) Wert Ut und dem höheren Wert Uh hin und her. Synchron wird der Umschalter 23 betätigt, so daß das Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 abwechselnd mit der ersten 26 oder der zweiten Divisionsschaltung 27 verbunden wird. Die normalisierten Ausgangssignale stehen an den Ausgängen der Momentanwertspeicher 24, 25 an und werden in dem dritten Komparator 22 miteinander verglichen.

[0036] Im folgenden werden die drei wichtigsten Fälle an Hand der Figur 4 näher erläutert:

1. Es dringt Rauch in den Melder ein, ohne daß die Quelle 10 abgedeckt ist (Normaler Brandfall).

2. Es erfolgt eine Betauung der Quelle 10, ohne daß Rauch in die Ionisationsmeßkammer eingedrungen ist und zwar erfolgt die Betauung in einem Ausmaß, daß ein Alarmfall vorgetäuscht würde (Störung).

3. Es erfolgt eine Betauung der Quelle 10, was ein Störungsmeldung des Melders bewirken würde, aber gleichzeitig dringt Rauch in die Ionisationsmeßkammer 1 ein (Rauchdetektion trotz Betauung).

Fall 1) Normaler Brandfall

[0037] Es wird der Fall angenommen, daß der Brandmelder in funktionsfähigem Zustand ist, d.h. daß keine Abdeckung der radioaktiven Quelle 10 erfolgt ist. Das normalisierte Ausgangssignal (U/Ua) des Verstärkerelementes 3 ist demzufolge EINS (Fig. 4a, links vom Punkt P). Dringt jetzt ein Brandaerosol (Rauch) in die Ionisationsmeßkammer 10 ein (Punkt P), so verringert sich der Ionenstrom in der Ionisationsmeßkammer 10 und das normalisierte Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 verringert sich entsprechend, bis der Wert von Us0 (Umschaltschwelle) erreicht wird (Fig. 4a, Punkt Q), der vierte Komparator 28 schaltet in den Logikzustand EINS und der Spannungsgenerator schaltet in den zweiten Betriebszustand, d.h. er schaltet die Versorgungsspannung +U ständig zwischen dem niedrigen Wert Ut und dem höheren Wert Uh um. Da die normalisierten Ausgangssignale (Fig. 4a, Kurve A) des Verstärkerelementes 3, die am ersten Momentanwertspeicher 24 anstehen, d.h. die bei niedriger Versorgungsspannung +U gemessenen Werte, niedriger sind als die normalisierten Ausgangssignale (Fig. 4, Kurve B) des Verstärkungselements 3 bei erhöhter Versorgungsspannung +U, die am ersten Momentanwertspeicher 24 anstehen, ist der Logikzustand des dritten Komparators 22 EINS. Unterschreitet das Signal am ersten Momentanwertspeicher 24 gleichzeitig die Alarmschwelle Us1, dann ist der Logikzustand des ersten Komparators 15 ebenfalls EINS; als Folge davon wird auch der Logikzustand des ersten UND-Tors 12 EINS, und es wird ein Alarmsignal zur Signalzentrale 6 übermittelt.

Fall 2) Betauung der Quelle 10 ohne Rauch (Störungsfall)

[0038] Es wird der Fall angenommen, daß die radioaktive Quelle in der Ionisationsmeßkammer (10) aus irgendeinem Grund abgedeckt ist, beispielsweise durch Betauung (Fig. 4b). Der Ionenstrom in der Ionisationsmeßkammer 1 sinkt infolge der geringeren Ionisation der Luftmoleküle in der Kammer ab. Demzufolge wird das normalisierte Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 zu irgendeinem Zeitpunkt (Fig.4b, Punkt Q) unter die Umschaltschwelle Us0 sinken, und der Spannungsgenerator 11 schaltet die Versorgungsspannung +U zwischen dem normalen und dem erhöhten Wert hin und her. In diesem Fall ist jedoch das normalisierte Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3, das am ersten Momentanwertspeicher 24 (niedrige Versorgungsspannung) ansteht, größer als das entsprechende Signal bei erhöhter Versorgungsspannung Uh; demzufolge ist der Logikzustand des dritten Komparators 22 NULL. Unabhängig davon, ob der erste Komparator 15 den Logikzustand NULL oder EINS hat, ist der Logikzustand des ersten UND-Tors 12 NULL, so daß kein Alarmsignal zur Signalzentrale 6 übermittelt wird. Unterschreitet das normalisierte Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 gleichzeitig den Wert für die Überwachungsschwelle Us2, dann nimmt der zweite Komparator 16 den Logikzustand EINS an. Wegen der Umkehrung des Ausgangszustands des dritten Komparators 22 am Eingang des zweiten UND-Tors 17 nimmt auch dieses den Logikzustand EINS an, und es wird ein Störungssignal zur Signalzentrale 6 übermittelt.

Fall 3) Detektion von Rauch bei gleichzeitiger Betauung

[0039] Es bleibt der dritte Fall zu betrachten, bei dem der Ionisationsrauchmelder 7 durch eine Abdeckung (Betauung) der radioaktiven Quelle 10 in der Ionisationsmeßkammer (10) in seiner Funktionsfähigkeit beeinträchtigt wird und gleichzeitig tritt Rauch in die Ionisationsmeßkammer (10) ein. In diesem Fall ist durch die Verminderung des Ionisationsstroms in der Ionisationsmeßkammer (10) das normalisierte Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 so weit vermindert, daß der Wert von Us0 unterschritten wird (Fig. 4c, Punkt Q); der vierte Komparator 28 schaltet in den Logikzustand EINS und der Spannungsgenerator schaltet in den zweiten Betriebszustand, d.h. er schaltet die Versorgungsspannung +U ständig zwischen dem niedrigen Wert Ut und dem höheren Wert Uh um (Fig. 4c, zwischen den Punkten Q und P). Unterschreitet das normalisierte Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 gleichzeitig den Wert für die Überwachungsschwelle Us2, dann wird, wie oben für den Fall (2) beschrieben, ein Störungssignal ausgelöst.

[0040] Dringt jetzt ein Brandaerosol (Rauch) in die Ionisationsmeßkammer 10 ein (Fig. 4c, Punkt P), so verringert sich der Ionenstrom in der Ionisationsmeßkammer 10 weiter, jedoch wird das normalisierte Ausgangssignal (Fig.4c, Kurve A) des Verstärkerelementes 3 bei normaler Versorgungsspannung Ut in stärkerem Maß verringert als das normalisierte Ausgangssignal (Fig. 4c, Kurve B) des Verstärkerelementes 3 bei erhöhter Versorgungsspannung Uh; d.h. das Verhältnis der Werte der normalisierten Ausgangssignale des Verstärkungselements 3, die an den beiden Momentanwertspeichern 24, 25 anstehen, kehrt sich um: die Werte, die am ersten Momentanwertspeicher 24 anstehen, d.h. die bei niedriger Versorgungsspannung +U gemessenen Werte, sind tiefer als die normalisierten Ausgangssignale (Fig. 4c, Kurve B) des Verstärkungselements 3 bei erhöhter Versorgungsspannung +U, die am zweiten Momentanwertspeicher 25 anstehen. Daher ist der Logikzustand des dritten Komparators 22 EINS. Unterschreitet das Signal am ersten Momentanwertspeicher 24 gleichzeitig die Alarmschwelle Us1, dann ist der Logikzustand des ersten Komparators 15 ebenfalls EINS; als Folge davon wird auch der Logikzustand des ersten UND-Tors 12 EINS, und es wird ein Alarmsignal zur Signalzentrale 6 übermittelt, obwohl die Funktionsfähigkeit des Ionisationsrauchmelders 7 durch eine Betauung beeinträchtigt ist und in der Signalzentrale 6 ein Störungssignal ansteht.

[0041] Es leuchtet ohne weiteres ein, daß die Mittel zur Auswertung der Signale auch in der Signalzentrale 6 untergebracht werden können. In diesem Falle enthält der Ionisationsrauchmelder 7 eine geeignete Übertragungselektronik, welche die durch das Verstärkerelement 3 verstärkte Spannung über dem Arbeitswiderstand 2 digital oder analog zur Signalzentrale 6 überträgt. Auch die Umschaltung der Betriebsspannung kann entweder von der Signalzentrale 6 aus erfolgen oder durch ein Signal von der Signalzentrale 6 im Ionisationsrauchmelder 7 ausgelöst werden.

[0042] In Figur 3 ist eine Brandmeldeanlage gemäß vorliegender Erfindung beschrieben, bei welcher der Ionisationsrauchmelder 7 (wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 2) eine Ionisationsmeßkammer 1 mit Raucheintrittsöffnungen, welche den Zutritt der Umgebungsluft zu der Meßkammer 1 gestatten, aufweist. In der Meßkammer 1 befindet sich eine radioaktive Quelle 10 zur Ionisierung der Luft in der Meßkammer 1. Die Ionisationsmeßkammer 1 liegt in Reihe mit einem hochohmigen Arbeitswiderstand 2 zwischen zwei Meldelinien 8, 9, die gleichzeitig zur Spannungsversorgung dienen. Am Verbindungspunkt zwischen Ionisationsmeßkammer 1 und Arbeitswiderstand 2 ist ein Verstärkerelement 3 angeschlossen. Der Ausgang des Verstärkerelementes 3 ist in diesem Fall jedoch mit einem Analog-Digital-Wandler 19 verbunden, der über die weitere Meldelinie 14 ein dem am Ausgang des Verstärkerelementes 3 anstehendes Analogsignal in digitaler Form an die Signalzentrale 6 weiterleitet.

[0043] In der Signalzentrale 6 wird das Digitalsignal in einem Digital-Analog-Wandler 20 in ein Analogsignal zürückverwandelt und (wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 2) einem Umschalter 23 zugeführt. Die weitere Signalverarbeitung entspricht nunmehr in etwa derjenigen von Figur 2, wobei sich der Spannungsgenerator 11 in der Signalzentrale 6 befindet.

[0044] Abwandlungen der vorbeschriebenen Schaltungen für Brandmeldeanlagen sind im Rahmen der Erfindung gemäß den Ansprüchen möglich und dem Fachmann geläufig.

Ansprüche

1. Brandmeldeanlage mit einer Anzahl über Meldelinien (8, 9) mit einer Signalzentrale (6) verbundenen Ionisationsrauchmeldern (7), wobei in jedem Ionisationsrauchmelder (7) eine Ionisationsmeßkammer (1), die in Reihe mit einem linearen Vergleichswiderststand (2) zwischen zwei gleichzeitig der Spannungsversorgung des Ionisationsrauchmelders (7) dienende Meldelinien (8, 9) geschaltet ist und die in Abhängigkeit von der Brandaerosolkonzentration der umgebenden Luft ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, eine radioaktive Quelle (10) zur Ionisierung der Luft in der Ionisationsmeßkammer (1) und ein zur Verstärkung des Ausgangssignals der Ionisationsmeßkammer (1) dienendes Verstärkerelement (3) vorgesehen sind und wobei ferner eine Auswerteschaltung (12, 15, 16, 17, 18), welche ein Alarmsignal abgibt, wenn das Ausgangssignal der Ionisationsmeßkammer (1) einen vorbestimmten Schwellenwert (Us1) unterschreitet, elektronische Mittel (11), mit denen die Betriebsspannung (+U) des Ionisationsrauchmelders (7) derart verändert werden kann, daß die Ionisationsmeßkammer (1) bei zwei unterschiedlichen Betriebsspannungen (Ut, Uh) betrieben werden kann und elektronische Kontrollmittel (12, 15, 16, 17, 18) zur Signalauswertung, welche die bei den beiden unterschiedlichen Betriebsspannungen (Ut, Uh) gemessenen Ströme mit vorgegeben Sollwerten vergleichen, vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß elektronische Mittel (11, 28) zur Veränderung der Betriebsspannung (+U) der Ionisationsrauchmelder (7) vorgesehen sind, welche die Betriebsspannung (+U) periodisch zwischen einem höheren Wert (Uh) und dem Normalwert (Ut) umschalten und daß in der Auswerteschaltung ein erster (15), ein zweiter (16) und ein dritter Komparator (22) vorgesehen sind, welche so ausgelegt sind, daß die Ausgangssignale des Verstärkerelementes (3) bei normaler (Ut) und erhöhter (Uh) Betriebsspannung (+U) miteinander und mit einem vorgegebenen Wert (Us1) verglichen werden und daß über zwei den drei Komparatoren (15, 16, 22) nachgeschaltete UND-Tore (12, 17) und einen den beiden UND-Toren (12, 17) nachgeschalteten Übermittelungsschaltkreis (18) nur ein Alarmsignal weitergeleitet wird, wenn das Ausgangssignal des Verstärkerelementes (3) bei niedriger Betriebsspannung (Ut) kleiner ist als das Ausgangssignal bei erhöhter Betriebsspannung (Uh) und wenn es gleichzeitig unter einem vorbestimmten Wert (Us1) liegt.

2. Brandmeldeanlage gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verstärkerelement (3) ein Umschalter (23) nachgeschaltet ist, der von dem Spannungsgenerator (11) ein Signal empfängt und der so ausgelegt ist, daß er den Ausgang des Verstärkerelementes (3) bei niedriger Betriebsspannung (Ut) des Ionisationsrauchmelders (7) mit einer ersten Divisionsschaltung (26) und einem ersten Momentanwertspeicher (24) und bei erhöhter Betriebsspannung (Uh) mit einer zweiten Divisionsschaltung (27) und einem zweiten Momentanwertspeicher (25) verbindet.

3. Brandmeldeanlage gemäß einem der Patentansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der -Eingang des ersten Komparators (15) mit dem Ausgang des ersten Momentanwertspeichers (24) und der +Eingang mit einer Vergleichsspannung (Us1), welche die Alarmschwelle des Ionisationsrauchmelders (7) darstellt, verbunden sind, daß die Ausgänge der beiden Momentanwertspeicher (24, 25) mit den beiden Eingängen des dritten Komparators (22) verbunden sind, daß der -Eingang des zweiten Komparators (16) mit dem Ausgang des ersten Momentanwertspeichers (24) und der +Eingang mit einer Vergleichsspannung (Us2), welche die Überwachungsschwelle des Ionisationsrauchmelders (7) darstellt, verbunden sind, daß der Ausgang des ersten Komparators (15) mit einem Eingang eines ersten UND-Tors (12) und der Ausgang des dritten Komparators (22) mit dem anderen Eingang des UND-Tors (12) und dem invertierenden Eingang eines zweiten UND-Tors (17) verbunden ist, dessen anderer nicht-invertierender Eingang mit dem Ausgang des zweiten Komparators (16) verbunden ist und daß die genannten Schaltelemente so ausgelegt sind, daß ein Alarmsignal weitergeleitet wird, wenn das Ausgangssignal des Verstärkerelementes (3) bei niedriger Betriebsspannung (Ut) kleiner ist als das Ausgangssignal bei erhöhter Betriebsspannung (Uh) und wenn es gleichzeitig unter dem vorbestimmten Wert (Us1) liegt und daß ein Störungssignal weitergeleitet wird, wenn das Ausgangssignal des Verstärkerelementes (3) bei niedriger Betriebsspannung (Ut) größer ist als das Ausgangssignal bei erhöhter Betriebsspannung (Uh) und wenn es gleichzeitig unter dem vorbestimmten Wert (Us2) liegt.

4. Brandmeldeanlage gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (11, 28) zur Veränderung der Betriebsspannung (+U) der Ionisationsrauchmelder (7) in den Ionisationsrauchmeldern (7) angeordnet sind.

5. Brandmeldeanlage gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (11, 28) zur Veränderung der Betriebsspannung der Ionisationsrauchmelder (7) in der Signalzentrale (6) angeordnet sind.

6. Brandmeldeanlage gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ionisationsrauchmeldern (7) und der Signalzentrale (6) Übertragungsmittel (19, 20) vorgesehen sind, welche das Ausgangssignal des Verstärkerelementes (3) zur Signalzentrale (6) übermitteln und daß die elektronischen Kontrollmittel (12, 15 bis 18, 22 bis 27) zur Signalauswertung in der Signalzentrale (6) vorgesehen sind.

7. Verfahren zur Detektion von Bränden mittels einer Brandmeldeanlage, welche Ionisationsrauchmelder (7) und eine durch Meldelinien (8, 9), die gleichzeitig der Spannungsversorgung dienen, mit den Ionisationsrauchmeldern (7) verbundene Signalzentrale (6) aufweist, wobei in den Ionisationsrauchmeldern (7) eine Ionisationsmeßkammer, die eine radioaktive Quelle (10) zur Ionisierung der Luft enthält und die in Abhängigkeit von der Brandaerosolkonzentration der umgebenden Luft ein elektrisches Ausgangssignal abgibt in Reihe mit einem linearen Widerstand (2) zwischen die Meldelinien (8, 9) geschaltelt ist und ein zur Verstärkung des Ausgangssignals der Ionisationsmeßkammer (1) dienendes Verstärkerelement (3) vorgesehen sind und wobei ferner eine Auswerteschaltung, welche ein Alarmsignal abgibt, wenn das Ausgangssignal der Ionisationsmeßkammer (1) einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung (+U) der Ionisationsrauchmelder (7) periodisch zwischen einem erhöhten Wert (Uh) und dem Normalwert (Ut) umgeschaltet wird, wenn das Ausgangssignal der Ionisationsmeßkammer (1) nach Verstärkung einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet, daß ein Alarmsignal weitergeleitet wird, wenn das Ausgangssignal des Verstärkerelementes (3) bei niedriger Betriebsspannung (Ut) kleiner ist als das Ausgangssignal bei erhöhter Betriebsspannung (Uh) und wenn es gleichzeitig unter einem vorbestimmten Wert (Us1) liegt und daß ein Störungssignal weitergeleitet wird, wenn das Ausgangssignal des Verstärkerelementes (3) bei niedriger Betriebsspannung (Ut) größer ist als das Ausgangssignal bei erhöhter Betriebsspannung (Uh) und wenn es gleichzeitig unter dem vorbestimmten Wert (Us2) liegt.

Zeichnung