DE3341781A1 - Automatischer brandmelder und verfahren zur fertigung automatischer brandmelder - Google Patents

Description

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Automatischer Brandmelder und Verfahren zur Fertigung automatischer Brandmelder

Die Erfindung bezieht sich auf einen automatischen Brandmelder mit einem Sockel, mit einem Meldergehäuse, in dem mehrere Melderanschlußkontakte angeordnet sind, mit einer Meldereschaltungsanordnung, die elektronische Bauelemente aufweist, mit einem physikalisch-elektrischen Wandler, mit einer Meßkammer und einem Gehäusedeckel, und auf ein Verfahren zur Fertigung automatischer Brandmelder.

Automatische Brandmelder weisen u.a. einen physikalischelektrischen Wandler auf, der die Brandkenngröße, z.B. Wärme, Rauch oder Strahlung, mißt und in elektrische Signale umwandelt, sowie eine elektronische Schaltungsanordnung, die die elektrischen Signale weiter verarbeitet.

Um ein einwandfreies, zuverlässiges Arbeiten zu gewährleisten, und um einschlägige Vorschriften zu erfüllen, muß die Ansprech- oder Reaktionsempfindlichkeit solcher Melder in recht engen Grenzen gehalten werden. Daher müssen die unvermeidlichen exemplarischen Toleranzen, beispielsweise der Bauelemente, insbesondere der Wandler-Elemente, durch einen Funktionsabgleich ausgeglichen werden. Entweder wird ein bestimmter Arbeitspunkt der Auswerteelektronik eingestellt oder es wird die Verstärkung eines Verstärkers der Empfindlichkeit der dazugehörigen Wandler-Elemente individuell angepaßt.

Ein solcher Abgleich erfolgt im allgemeinen durch das Einstellen von Potentiometern oder Einlöten von Abgleichelementen an weitgehend komplettierten Meldern. Ein Vor-35

En 1 Obh / 18.11.1983

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justieren der elektronischen Schaltung ist in den meisten Fällen nicht sinnvoll, weil die wesentlichen Toleranzen von den Wandler-Elementen verursacht werden. Daher wird der Abgleich am zusammengebauten, funktionsfähigen Melder vorgenommen. Dies ist jedoch verhältnismäßig aufwendig und umständlich. Die Abgleichelemente müssen von außen zugänglich sein, was konstruktive Vorleistungen erfordert. Es müssen beispielsweise Lötstützpunkte für die Abgleichelemente oder Löcher im Meldergehäuse zum Durchgreifen der Stellwerkzeuge vorgesehen sein. Nach dem Justieren, d.h. nach dem Abgleichvorgang, müssen die Abgleichelemente abgedeckt werden, um nachträgliche Manipulationen auszuschließen. Der Abgleich eines Melders ist daher auch nur teilweise automatisierbar. Das Einlöten von Abgleichelementen erfolgt häufig von Hand. Ein derartiges Abgleichen von Brandmeldern ist sehr aufwendig und daher sehr kostenintensiv.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen automatischen Brandmeider so auszubilden und ein Fertigungsverfahren anzugeben, daß ein vollautomatischer Funktionsabgleich möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem eingangs beschriebenen automatischen Brandmelder erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf einem im Meldergehäuse angeordneten flächigen Schaltungsträger die elektronischen Bauelemente und mehrere Kontaktflächen auf der Sockelseite und die Elemente des physikalisch-elektrischen Wandlers auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet sind und zusammen eine Wandler-Baugruppe bilden, daß die Wandler-Baugruppe auf der Seite der elektrischen Bauelemente eine abdichtende elastische Hülle aufweist, die den Außenrand des Schaltungsträgers umgreift und einen Dichtungswulst bildet, wobei die Hülle im Bereich der Kontaktflächen auf diesen aufliegt, daß im Meldergehäuse in Axialrichtung vorgespannte Kontaktstif-

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te mit Spitzen angeordnet sind, die die Hülle durchstoßen und mit den Kontaktflächen eine elektrische Verbindung bilden, und daß die Wandler-Baugruppe am Außenrand des Schaltungsträgers kraftschlüssig mit einem Befestigungselement gegen den Gehäuserand gedrückt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Brandmelder, der u.a. einen Schaltungsträger aufweist, sind die elektrischen Bauelemente und die Kontaktflächen auf der einen Seite, die dem Sockel zugewandt ist, und die Elemente des physikalischelektrischen Wandlers auf der anderen Seite des Schaltungsträgers angeordnet. Diese zusammen bildet die Wandler-Baugruppe, die mit der Bauelemente-Seite dicht im Meldergehäuse angeordnet ist. Dazu ist die Wandler-Baugruppe auf der Bauelemente-Seite mit einer abdichtenden, elastischen Hülle versehen, die den Außenrand des Schaltungsträgers umgreift. Im Bereich der Kontaktflächen liegt die Hülle flach auf diesen auf, so daß im Meldergehäuse angeordnete Kontaktstifte mit ihren Spitzen die Hülle durchstoßen und die im Melder eingesetzte Wandler-Baugruppe kontaktieren. Dazu sind die Kontaktstifte in Axialrichtung federnd vorgespannt. Die Wandler-Baugruppe sitzt mit ihrem Außenrand kraftschlüssig auf dem entsprechend ausgebildeten Gehäuserand. Dazu ist ein Befestigungselement, das beispielsweise eine Überwurfmutter sein kann, vorgesehen, welches die Wandlerbaugruppe mit der den .Schaltungsträger umgreifend'en Hülle, die am Außenrand des Schaltungsträgers einen Dichtungswulst bildet, gegen den Gehäuserand drückt.

Ein derartig ausgebildeter automatischer Brandmelder hat den Vorteil, daß die toleranzbehafteten Wandler-Bauelemente auf der einen Seite, die Bauelemente der elektrischen Schaltung und eventuelle Abgleich-Bauelemente auf der gegenüberliegenden Seite des Baugruppenträgers angeordnet sind. In einem Abgleichautomaten ist ein vollauto-

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matischer Funktionsabgleich möglich. Dazu wird die Seite mit den Wandler-Elementen in eine Simulationskammer gebracht, in der eine definierte Brandgröße simuliert wird, während auf der Bauelemente-Seite der automatische Abgleich in an sich bekannter Weise vorgenommen wird.

Zweckmäßigerweise kann zwischen dem Befestigungselement und dem Dichtungswulst, der den Schaltungsträger ringsum umgibt, eine steife Zwischenlage vorgesehen sein. Diese hat den Vorteil, daß die Kraft des Befestigungselements, das ein Klemm- oder Schraubelement sein kann, gleichmäßiger verteilt wird, so daß die Elektronik möglichst gut gegen die umgebende Atmosphäre abgedichtet ist, und daß auf Grund der Kraftverteilung der Schaltungsträger beim Einklemmen nicht beschädigt wird.

In vorteilhafter Weise besteht die Hülle aus einem flexiblen, mechanisch verformbaren, elektrisch nicht leitenden Werkstoff, beispielsweise aus einem ausdünstungsfreien Gummi. Dies hat einerseits den Vorteil, daß der Dichtungsrand bzw. -wulst eine gute Dichtung gewährleistet. Andererseits gleicht der zumindest teilweise parallel zum Schaltungsträger verlaufende biegsame Boden der Hülle barometrische Luftdruckschwankungen wie eine Membran aus.

Dadurch verringert sich die Leckrate am Dichtungsrand, weil kein Unterdruck im Inneren der Hülle entstehen kann.

Der Schaltungsträger kann von einer Leiterplatte mit darauf angeordneten Bauelementen oder von einem keramischen Träger mit einer hybriden Schichtschaltung gebildet sein.

Zur Kontaktierung der Elektronik des Schaltungsträgers können im Meldergehäuse angeordnete Kontaktstifte mit scharfen konischen Spitzen die Hülle durchstoßen und mit den Kontaktflächen des Schaltungsträgers eine elektrisch leitende Verbindung eingehen. Der Konus der Kontaktstifte

ergibt mit dem verformbaren Hüllenwerkstoff eine gute Dichtung, die in Weiterbildung der Erfindung mit einem zusätzlichen Dichtungsring an den Kontaktstiften versehen werden kann, um die Dichtung, falls erforderlich, zu verbessern. Die Kontaktstifte sind dabei auf einer Feder im Sockel aufgesetzt, die sie dauernd in Axialrichtung federnd gegen die Kontaktfläche pressen. Dabei können die Federn und die Melderanschlußkontakte jeweils als ein Teil ausgebildet sein.

Des weiteren wird die gestellte Aufgabe durch ein Verfahren zur Fertigung automatischer Brandmelder dadurch gelöst, daß die Wandler-Baugruppen im Vielfach gefertigt und abgeglichen, anschließend vereinzelt werden, und jeweils eine Wandler-Baugruppe im Meldergehäuse eingebaut wird, und daß ein eventuell zusätzliches Wandler-Element und der Gehäusedeckel auf das Gehäuse bzw. auf den Sockel aufgesetzt werden.

Dieses Fertigungsverfahren erlaubt eine automatische Herstellung der Wandler-Baugruppe, die in vorteilhafter Weise im Vielfach, d.h. im Nutzen, gefertigt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Wandler-Baugruppe auch im Nutzen abgeglichen, und zwar vollautomatisch abgeglichen werden kann und anschließend vereinzelt wird. Daraufhin wird die jeweilige Wandler-Baugruppe im Meldergehäuse eingesetzt. Zum vollautomatischen Funktionsabgleich wird in vorteilhafter Weise zumindest eine Wandler-Baugruppe in eine Simulationskammer gebracht. Für den Abgleich wird in der Simulationskammer eine definierte Brandkenngröße simuliert. Mit den üblichen Prüfmitteln wird die Funktion des Melders überprüft und der Abgleich in an sich bekannter Weise vorgenommen. Dabei kann bei einem Schaltungsträger ein jeweils benötigtes Abgleichelement auf Grund der Funktionsmessung automatisch bestimmt und dem Schaltungsträger zugeführt werden. Das

Abgleichelement wird selbsttätig in die Leiterplatte eingesetzt und verlötet. Besteht der Schaltungsträger beispielsweise aus einer hybriden Schichtschaltung, so erfolgt der Abgleich ebenfalls automatisch. Dabei kann der Abgleich der Schichtwiderstände in einer heute bei Schichtschaltungen üblichen Art mit einem Laser erfolgen. So kann ein oder können mehrere Nutzen im Vielfach abgeglichen werden. Nachdem diese abgeglichen sind, werden die Wandler-Baugruppen aus den Simulationskammern genommen und die nächsten in die Simulationskammern gegeben. Danach werden die im Vielfach gefertigten und abgeglichenen Wandler-Baugruppen vereinzelt.

Anhand der Zeichnung wird an einem Ausführungsbeispiel, nämlich am Beispiel eines optischen Rauchmelders, die Erfindung näher erläutert, ohne daß dabei die Erfindungsmerkmale auf diesen Typ zu beschränken sind. Dabei zeigen

die Fig. 1 einen optischen Rauchmelder im Schnitt, 20

die Fig. 2 ein Detail gemäß Fig. 1,

die Fig. 3 den Funktionsabgleich einer Wandler-Baugruppe und
25

die Fig. 4 Schaltungsträger, die im Vielfach gefertigt sind.

Die Fig. 1 zeigt einen optischen Rauchmelder nach dem Streulichtprinzip, im Schnitt dargestellt. Ein Schaltungsträger 1, der entweder eine Leiterplatte nach Art einer gedruckten Schaltung oder eine Schichtschaltung auf einem keramischen Trägermaterial sein kann, trägt auf der einen Seite die elektronischen Bauelemente 2. Diese Seite schaut zum Meldersockel 26. Auf der anderen Seite des Schaltungsträgers 1 sind die an sich stark tolerierenden

Elemente des Wandlers angeordnet. Im Ausführungsbeispiel sind dies die lichtemittierende Diode 3 und die Fotodiode 4. Diese sind so angeordnet, daß die Primärstrahlung 18 der lichtemittierenden Diode 3 nicht in die Empfangsrichtung der Fotodiode 4 gelangt. Zusätzlich sind hierfür Blenden 17a vorgesehen. Zum Schutz der elektronischen Schaltung vor Korrosion ist die Sockelseite des Schaltungsträgers 1 von einer Hülle 5 umgeben. Diese Hülle 5 weist am Außenrand la des Schaltungsträgers 1 einen wulstartigen Dichtungsrand 6 auf, der den Außenrand la des Schaltungsträgers 1 umgreift. Im Bereich der Kontaktflächen 13 des Schaltungsträgers 1 liegt die Hülle 5 auf diesen flach auf. Die im Sockel 26 über Federn 15 angeordneten Kontaktstifte 11 besitzen jeweils eine scharfe, konusförmige Spitze 11a gemäß Fig. 2. Die Hülle 5 wird von den Spitzen 11a durchstoßen. Somit sind die Anschlußkontakte 16 des Sockels mit dem Schaltungsträger 1 über die Kontaktflächen 13 verbunden. Die Konusform der Spitzen 11a der Kontaktstifte 11 gewährleisten in dem verformbaren Hüllenwerkstoff eine gute Dichtung, die, falls erforderlich, noch durch an den Spitzen der Kontaktstifte 11 angeordnete Dichtungsringe 12 verbessert werden kann (Fig. 2).

Mit einem Klemm- oder Schraubelement 7, z.B. eine Überwurfmutter, und evtl. mit Hilfe einer zusätzlichen steifen Zwischenlage 8 ist die Wandler-Baugruppe 14 auf dem Gehäuserand 9a des Melder-Gehäuses 9 gedrückt. Mit dem Schraubelement 7 wird der Schaltungsträger 1 fest gegen den Gehäuserand 9a gepreßt, so daß das Innere 5a der Wandler-Baugruppe 14 gegen die umgebende Atmosphäre abgedichtet ist. Der Boden 10 der flexiblen, verformbaren Hülle 5, die beispielsweise aus Gummi gefertigt sein kann, bildet eine biegsame Membran, die barometrische Luftdruckschwankungen ausgleicht.

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Die mit den Elementen des physikalisch-elektrischen Wandlers, hier lichtemittierende Diode 3 und Fotodiode 4, bestückte Seite des Schaltungsträgers 1, ist der Meßkammer zugekehrt. Die Meßkammer ist im Falle des optischen Rauchmelders vom Labyrinth 17 gebildet, das die Meßkammer vor Fremdlicht abschirmt, den Rauch jedoch eintreten läßt. Zur Meßkammer gehören in diesem Fall noch die Blenden 17a. Das Labyrinth 17 kann als ein eigenes Teil ausgebildet sein. Es kann jedoch in den Gehäusedeckel (Gehäusehaube) 25 mit integriert sein, die. auf dem Gehäuse 9 des Melders angebracht ist.

Die Fig. 2 zeigt den automatischen Funktionsabgleich eines Melders gemäß der Fig. 1. Dabei wird die Wandler-Baugruppe 14, die im Vielfach 19 gefertigt ist, im Nutzen abgeglichen. Auf der Seite der elektronischen Bauelemente 2 des Schaltungsträgers 1 wird der Abgleich vorgenommen, der hier mit einem Laser 24 für den Fall einer Schichtschaltung angedeutet ist. Nadeiförmige Kontaktstifte 22 kontaktieren den Schaltungsträger 1 über die Kontaktflächen 13. Die Wandlerelemente 3 und 4 sind auf der gegenüberliegenden Seite des Schaltungsträgers 1. Sie sind in eine Simulationskammer 21 eingebracht, die Blenden 20 und ein Labyrinth ähnlich wie der Melder gemäß Fig. 1 aufweist. Durch die Öffnung an der Seite wird Rauch 23 definierter Dichte in die Simulationskammer 21 geblasen. Mit heute üblichen Prüfmitteln wird die Funktion des Melders überprüft und der Abgleich vorgenommen. Wie oben schon erwähnt, kann auch im Fall der gedruckten Schaltung ein zusätzliches Abgleichelement, beispielsweise ein Widerstand, automatisch dem Schaltungsträger 1 zugeführt und dort verlötet werden, was hier nicht dargestellt ist. Die im Vielfach gefertigten Wandler-Baugruppen 14 können so der Reihe nach in die Simulationskammer 21 gebracht und dann abgeglichen werden.

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Fig. 4 zeigt im Vielfach gefertigte Schaltungsträger 1 von der Bauelementeseite (2) gesehen. Der erfindungsgemäß ausgebildete Brandmelder bietet einerseits den Vorteil des vollautomatischen Funktionsabgleichs, so daß eine sichere Funktion der Elektronik gewährleistet ist. Die Wandler-Baugruppen (14) bzw. Schaltungsträger 1 werden nach dem Abgleich vereinzelt. Dann wird die Hülle 5 darüber geschoben, anschließend wird die Wandler-Baugruppe im Melder, wie oben schon erläutert, eingebaut. Andererseits ergibt der erfindungsgemäße Brandmelder den Vorteil, bei Defekt oder bei einer Wartung der Melder, die Wandlerbaugruppe gegen eine andere auszutauschen. Heute ist es allgemein üblich, teilweise auch vorgeschrieben, Brandmelder in gewissen Zeitabständen zu reinigen. Eine solche Reinigung erfordert einen nicht zu vernachlässigenden Aufwand. In einem solchen Fall ist es bei dem erfindungsgemäßen Brandmelder rationeller, die äußeren Teile des Melders, also z.B. das Meldergehäuse, das Labyrinth, die Hülle, eventuell auch den Sockel zu verwerfen, und nur die elektronische Baugruppe mit den Wandlerelementen, d.h. die Wandler-Baugruppe, weiter zu verwenden. Beide Fälle können möglichst einfach angewandt werden, weil die Demontage des Melders ebenso einfach ist wie seine Montage.

Ebenso lassen sich Wärmemelder mit Heiß- oder Kaltleitern bzw. Ionsationsmelder mit radioaktiven Quellen als Wandlerelemente gemäß dem erfindungsgemäßen Brandmelder ausbilden, fertigen und abgleichen.

9 Patentansprüche
4 Figuren

Bezugszeichenliste

I Schaltungsträger

la Außenrand des Schaltungsträgers

2 Bauelemente

3 Wandler-Element (LED)

4 Wandler-Element (Fotodiode)

5 Hülle

5a Innenraum

6 Dichtungsrand (-wulst)

7 Befestigungselement (z.B. Überwurfmutter)

8 steife Zwischenlage

9 Melder-Gehäuse

9a Melder-Gehäuserand

10 Boden der Hülle (5)

II Kontaktstifte

11a Spitze des Kontaktstiftes

12 Dichtungsring

13 Kontaktfläche

14 Wandler-Baugruppe

15 (Kontakt-) Feder

16 Anschlußkontakt

17 Labyrinth "Ί

17a Blenden J Meßkammer

18 Primärstrahlung

19 Vielfach

20 Blenden an der Simmulationskammer (21)

21 Simmulationskammer

22 nadeiförmiger Kontaktstift für den Abgleich 23 Brandkenngröße (z.B. Rauch)

24 Laser (für Funktionsabgleich)

25 Gehäusedeckel

26 Melder-Sockel

Claims (9)

Patentansprüche

1.)Automatischer Brandmelder mit einem Sockel (26), iit einem Meldergehäuse (9), in dem mehrere Melderanschlußkontakte (16) angeordnet sind, mit einer Melderschaltungsanordnung, die elektronische Bauelemente (2) aufweist, mit einem physikalisch-elektrischen Wandler (3, 4), mit einer Meßkammer (17, 17a) und einem Gehäusedeckel (25),

dadurch geken nzeichnet, daß auf einem im Meldergehäuse (9) angeordneten flächigen Schaltungsträger (1) die elektronischen Bauelemente (2) und mehrere'Kontaktflächen (13) auf der Sockelseite und Elemente des physikalisch-elektrischen Wandlers (3, 4, 17a) auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet sind und zusammen eine Wandler-Baugruppe (14) bilden, daß die Wandler-Baugruppe (14) auf der Seite der elektrischen Bauelemente (2) eine abdichtende, elastische Hülle (5) aufweist, die den Außenrand (la) des Schaltungsträgers

(1) umgreift und einen Dichtungswulst (6) bildet, wobei die Hülle (5) im Bereich der Kontaktflächen (13) auf diesen aufliegt,

daß im Meldergehäuse (9) in Axialrichtung vorgespannte (15) Kontaktstifte (11) mit Spitzen (lla) angeordnet sind, die die Hülle (5) durchstoßen und mit den Kontaktflächen (13) eine elektrische Verbindung bilden, und daß die Wandler-Baugruppe (14) am Außenrand (la) des Schaltungsträgers (1) kraftschlüssig mit einem Befestigungselement (7) gegen den Gehäuserand (9a) gedrückt wird.

2. Automatischer Brandmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Befestigungselement (7) und dem Außenrand (la) des Schaltungsträgers (1) bzw. dem Dichtungswulst (6) der

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Hülle (5) eine steife Zwischenlage (8) angeordnet ist.

3. Automatischer Brandmelder nach Ansprüche 1 oder 2 dadurchgekennzeichnet , daß die Hülle (5) aus einem elastischen, verformbaren, isolierenden Werkstoff besteht, wobei der zumindest teilweise parallel zum Schaltungsträger (1) verlaufenden Boden (10) der Hülle (5) eine Membran bildet.

4. Automatischer Brandmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungsträger (1) von einer Leiterplatte gebildet ist.

5. Automatischer Brandmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungsträger (1) und die elektrischen Bauelemente (2) von einer hybriden Schichtschaltung auf einem keramischen Material gebildet sind.

6. Automatischer Brandmelder nach einem der vorher-, gehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstifte (11) im Bereich der Hülle (5) jeweils einen Dichtungsring (12) aufweisen.

7. Automatischer Brandmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,daß die Kontaktstifte (11) im Meldergehäuse (9) an elektrisch leitenden Federn (15) angeordnet sind, die mit den im Sockel (26) angeordneten Melderanschlußkontakten (16) verbunden sind.

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8. Verfahren zur Fertigung automatischer Brandmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler-Baugruppen (14) im Vielfach gefertigt und abgeglichen, anschließend vereinzelt werden und jeweils eine Wandler-Baugruppe (14) im Meldergehäuse (9) eingebaut wird und daß ein evtl. zusätzliches Wandlerelement (17) und der Gehäusedeckel (25) auf das Gehäuse (9) bzw. auf den Sockel (26) gesetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß im Vielfach zumindest eine Wandler-Baugruppe (14) in eine Simulationskammer (21) gebracht wird, in der für den Abgleichvorgang eine definierte Brandkenngröße (23) simuliert wird.