DE4329847C1 - Verfahren zum Erzeugen von Rauchaerosolen und Pyrolysegerät zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Rauch­ aerosolen, beispielsweise zur Projektierung, Überprüfung oder Demonstration von Brandmeldesystemen, bei dem ein Material, beispielsweise ein Prüfling, durch Erwärmung pyrolysiert wird und dabei die Rauchaerosole freisetzt, sowie ein Pyrolysegerät zum Erzeugen von Rauchaerosolen zur Durchführung des Verfah­ rens mit einer regelbaren Stromquelle zur Erwärmung des zu py­ rolysierenden Materials.

Zur sachgerechten Projektierung und Überprüfung sowie zur De­ monstration von Brandmeldesystemen ist es bekannt, mit einem Verfahren der eingangs genannten Art Rauchversuche durchzufüh­ ren, wobei ein Prüfling, beispielsweise ein Stück elektrisches Kabel oder eine Platine, soweit erhitzt wird, daß ein Schwel­ brand entsteht, bei dem Rauch erzeugt wird. Da die Schadenursa­ chen für Brände in elektrischen oder elektronischen Anlagen im­ mer Überhitzungszustände an Kabeln, Lötstellen oder derglei­ chen sind, erfolgen die Rauchversuche auch mit derartigen Bau­ teilen als Prüflinge. Bei der Projektierung von Brandmeldesy­ stemen dienen die Versuche der Feststellung, wo die Detektoren in der zu schützenden elektronischen Anlage oder in dem Raum, in dem sich die Anlage befindet, anzuordnen sind. Sowohl jede Anlage als auch jeder Raum weist nämlich aufgrund der Geome­ trie, der unterschiedlichen Bestückung mit elektronischen und elektrischen Bauteilen und aufgrund verschiedenster Klimatisie­ rungsanlagen unterschiedliche Strömungsverhältnisse auf, die bei der Projektierung von Brandmeldesystemen unbedingt zu be­ rücksichtigen sind. Bei der Überprüfung von Brandmeldesystemen dienen die Versuche der Feststellung, ob sich die einmal in­ stallierten Detektoren noch an der richtigen Stelle in der elektronischen Anlage oder in dem Raum befinden, nachdem bei­ spielsweise die Anordnung der elektronischen Anlagen in einem Raum verändert wurde oder neue hinzugekommen sind. Auch inner­ halb eines elektronischen Schaltschranks werden die Strömungs­ verhältnisse beispielsweise dadurch beeinflußt, daß eine wei­ tere Platine eingefügt oder aber eine herausgenommen wird, was den Kühlluftstrom durch den Schaltschrank beeinflussen kann. Die VDE-Vorschrift Nr. 0833 schreibt derartige Überprüfungen für Gefahrenmeldeanlagen, also auch für Brandmeldeanlagen, in regelmäßigen Abständen vor. Schließlich dienen die eingangs ge­ nannten Versuche zur Demonstration der Effektivität eines Brandmeldesystems, um die Entscheidung eines Käufers für die Installation eines solchen Systems positiv zu beeinflussen.

Bei der Entstehung von Bränden in elektronischen Anlagen oder dergleichen werden grundsätzlich drei Phasen unterschieden: die Pyrolysephase, in der energiearme und unsichtbare Rauchaerosole freigesetzt werden, die Schwelbrandphase, in der sichtbare Rauchaerosole freigesetzt werden, und der offene Brand, bei dem bereits Rauch und Flammen entstehen. Während konventionelle Brandmeldesysteme, z. B. Punktmelder, in der letzten Phase ak­ tiviert werden, liegt der Detektionsbereich von modernen Brand­ früherkennungssystemen in den ersten beiden Phasen.

Die DE-OS 22 04 801 offenbart ein Verfahren zum Erzeugen von Rauchaerosolen in einer Brandmeldevorrichtung auf der Basis von Ionisationsmeldern, bei dem brandgefährdete, zu schützende Bau­ teile wie Platinen oder Kabel, mit einer raucherzeugenden Sub­ stanz behandelt werden, die bei Erwärmung auf eine bestimmte Ansprechtemperatur sichtbare Rauchaerosole abgibt. Diese werden dann in bekannter Weise mit Ionisationsmeldern erfaßt und ein Alarm wird ausgelöst.

Das vorstehend beschriebene, bekannte Verfahren zum Erzeugen von Rauchaerosolen weist mehrere gravierende Nachteile auf, die insbesondere bei der Anwendung in Brandfrüherkennungssystemen, mit denen bereits die Entstehung eines Überhitzungszustands de­ tektiert werden soll, zum Tragen kommen. Der Schwachpunkt aller herkömmlichen Verfahren ist nämlich das nicht oder nur ungenau reproduzierbare Freisetzen von Rauchaerosolen, womit nicht si­ cher nachweisbar ist, ob sich das Ansprechverhalten des Brand­ meldesystems seit der letzten Prüfung verändert hat oder nicht. Ein weiteres Problem herkömmlicher Verfahren ist der nicht re­ alitätsnahe zeitliche Ablauf der Raucherzeugung; dieser erfolgt bei dem bekannten Verfahren nämlich sehr plötzlich und mit ho­ her Konzentration, während sich bei der häufigsten Brandursa­ che, dem Elektrobrand, die Pyrolysephase über Stunden bis hin zu Tagen erstrecken kann, bis es zu einem Schwelbrand mit sichtbarer Rauchentwicklung kommt.

Die DE-OS 38 07 890 offenbart ein Pyrolysegerät zum Erzeugen von Rauchaerosolen zum Zwecke des Konservierens und Aromatisie­ rens von Lebensmitteln, mit einem zu erwärmenden Material (Holzspäne oder -mehl), das bei der Erwärmung Rauchaerosole freisetzt. Hierzu weist dieses bekannte Pyrolysegerät eine tem­ peraturgeregelte, ferromagnetische Pyrolyseplatte auf, welche durch induktive Erwärmung Energie auf das Material überträgt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erzeugen von Rauchaerosolen der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß ein reproduzierbares Abbrandverhalten er­ zielbar ist, sowie ein Pyrolysegerät zur Durchführung des Ver­ fahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der ein­ gangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Temperatur der Erwär­ mung des Materials in Abhängigkeit von der Erwärmungszeit vor­ gebbar ist. Die Aufgabe wird ferner durch ein Pyrolysegerät zum Erzeugen von Rauchaerosolen zur Durchführung des Verfahrens mit den vorstehend genannten Merkmalen dadurch gelöst, daß Anschlüsse zum Anschluß des Materials, beispielsweise eines Prüflings vorgesehen sind, und zwar derart, daß es von dem Strom der Stromquelle durch­ flossen wird, und daß es mindestens einen Sensor zur Messung der Temperatur des Materials aufweist, wobei die Temperatur der Erwär­ mung des Materials in Abhängigkeit von der Erwärmungszeit regelbar ist.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des Pyroly­ segeräts zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens lie­ gen insbesondere darin, daß durch Einhalten einer vorgegebenen Temperaturkurve eine reproduzierbare Erwärmung des Materials (im folgenden nur noch kurz "Prüfling" genannt) erfolgt, so daß die Versuchsergebnisse zur Projektierung eines Brandfrüherken­ nungssystems mit den Versuchsergebnissen der Überprüfung des Systems nach seiner Installation, die sich in jährlichem Rhyth­ mus wiederholt, auf der gleichen Basis stehen und damit ver­ gleichbar sind. Während bei den beschriebenen herkömmlichen Verfahren eine realitätsferne rasche Zunahme der Konzentration von Rauchaerosolen zu einer raschen Übersättigung der zu über­ prüfenden Detektoren führt, wird in den beiden alternativen er­ findungsgemäßen Verfahren ein definierter, jederzeit reprodu­ zierbarer Temperaturverlauf erzeugt, bei dem sichtbare Rauch­ partikel in einer Menge freigesetzt werden, die der Anspre­ chempfindlichkeitsvorgabe aus der Projektierung des Brandfrü­ herkennungssystems entspricht. Die beiden erfindungsgemäßen Verfahren unterscheiden sich lediglich dadurch, daß bei dem erstgenannten Verfahren eine definierte Zunahme der Temperatur des Prüflings erfolgt, während die Temperatur des Prüflings bei dem anderen erfindungsgemäßen Verfahren innerhalb der definier­ ten Zeitspanne nicht oder kaum zunimmt, d. h. im wesentlichen konstant gehalten wird. Der Verlauf der Temperaturkurve hat im Grunde nur eine untergeordnete Bedeutung; wichtig ist hingegen, daß die Kurve einen vorher definierten und damit jederzeit re­ produzierbaren Verlauf hat. Beispielsweise können die Rauchver­ suche unter Verwendung des erstgenannten erfindungsgemäßen Ver­ fahrens unter Zugrundelegung der sogenannten ′Einheitstempera­ turzeitkurve′ gemäß DIN 4102 "Brandverhalten von Baustoffen" durchgeführt werden. Mit dieser Einheitstemperaturzeitkurve wird gemäß jener Vorschrift der Feuerwiderstandswert von Bau­ stoffen getestet, so daß es wünschenswert sein kann, diese Tem­ peraturzeitkurve auch den erfindungsgemäßen Rauchversuchen zugrunde zu legen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen beschrieben.

Während die konstante oder nahezu konstante Temperatur der zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensalternative grundsätzlich jede oberhalb der Pyrolysetemperatur des Prüflings liegende Temperatur sein kann, ist vorzugsweise vorgesehen, daß diese Temperatur der Schwelbrandtemperatur des Prüflings entspricht. Da in der Schwelbrandphase sichtbare Rauchaerosole freigesetzt werden, ist es möglich, die zuverlässigeren optischen Rauchmel­ der einzusetzen, während in der Pyrolysephase, in der unsicht­ bare Rauchaerosole freigesetzt werden, Ionisations-Rauchmelder oder Chemosensoren benötigt würden.

Vorzugsweise ist die definierte Zeitspanne, in der der Prüfling gemäß der vorgebbaren Temperaturkurve erwärmt wird bzw. auf ei­ ner konstanten oder nahezu konstanten Temperatur gehalten wird, durch die geforderte minimale und die maximale Ansprechzeit ei­ nes Brandfrüherkennungssystems definiert. Diese Weiterbildung ermöglicht insbesondere eine exakte Projektierung des Brand­ früherkennungssystems.

In besonders vorteilhafter Weise ist der definierten Zeitspanne eine Vorheizphase vorgeschaltet, in der der Prüfling langsam auf seine Pyrolysetemperatur erwärmt wird. Diese Vorheizphase und die langsame Erwärmung des Prüflings hat den Vorteil, daß sich der Kunststoff, der eine elektrische Leitung umhüllt, nicht verhärtet, wie dies beim raschen Aufheizen durch An­ schmelzen und Verkrusten der Oberfläche des Kunststoffs ge­ schieht. Eine Verhärtung des Kunststoffmantels der elektrischen Leitung hätte zu Folge, daß ein Freisetzen von Rauchaerosolen verhindert bzw. gehemmt würde. Somit leistet diese Weiterbil­ dung der Erfindung einen wichtigen Beitrag zur Simulation eines realen Brandablaufs, d. h. eine langsame Erwärmung des Prüf­ lings, das Durchlaufen einer Pyrolysephase mit Freisetzung mit unsichtbaren Rauchaerosolen sowie einer Schwelbrandphase mit Freisetzung von sichtbaren Rauchaerosolen in einer Menge, die der Projektierung der Ansprechempfindlichkeit des Brandfrüher­ kennungssystems entspricht. Nach Ablauf der definierten Zeit­ spanne ist der Rauchversuch beendet und das erfindungsgemäße Pyrolysegerät schaltet sich automatisch ab.

Da eine direkte Temperaturregelung des Prüflings aufgrund der erforderlichen Meßwerterfassung problematisch ist, wird die Temperatur des Prüflings durch eine Stromregelung des den Prüf­ ling durchfließenden Stromes erzeugt. Der Einfluß der Umge­ bungstemperatur, z. B. durch Konvektion oder dergleichen, kann durch Verwendung eines Windschutzes minimiert werden.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Pyrolysegeräts ist vor­ zugsweise vorgesehen, daß es eine Platte aufweist, auf welcher das Material bzw. der Prüfling installiert ist. Das ermöglicht die Verwendung des Pyrolysegeräts in zu überprüfenden Schalt­ schränken oder dergleichen, ohne wesentlich auf Bauteile eines solchen Schaltschranks zur Unterstützung des Versuchsaufbaus zurückgreifen zu müssen.

Um die Platte mit dem darauf installierten Material bzw. Prüf­ ling ohne Behinderung im Kühlluftstrom einer elektronischen An­ lage anordnen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Platte kastenförmig mit gitterartiger oder gelochter Boden- und Deckenplatte ausgebildet ist und, gemäß einer weiteren Aus­ gestaltung, daß auch die Seitenwände der kastenförmigen Platte gitterartig oder gelocht ausgebildet sind. Die kastenförmige Ausgestaltung der Platte ist deshalb von besonderem Vorteil, da somit ein Faraday′scher Käfig erzeugt wird, der die durch einen stromdurchflossenen elektrischen Leiter, den Prüfling, erzeug­ ten elektrischen und elektromagnetischen Felder räumlich be­ grenzt. Hierzu ist es vorzugsweise vorgesehen, daß sämtliche sechs Wände des Pyrolysekastens geerdet sind. Durch diese Maß­ nahmen ist es möglich, die Platte in einer elektronischen An­ lage zu benutzen, ohne die Funktion der Anlage durch die ent­ stehenden Felder zu stören.

Schließlich enthält das Pyrolysegerät vorzugsweise ein Zeit­ glied zur Messung der Ansprechzeit des zu überprüfenden, zu projektierenden oder in seiner Wirkung zu demonstrierenden Brandfrüherkennungssystems. Mit diesem Zeitglied wird die Zeit­ spanne zwischen dem Beginn des Pyrolysevorgangs und dem Anspre­ chen des Brandfrüherkennungssystems gemessen.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an Hand einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen beispielhaften Temperaturverlauf bei einem Rauchversuch;

Fig. 2 die Draufsicht auf die Platte eines Pyrolysegeräts mit Prüfling in einem Kasten mit Gitterwänden; und

Fig. 3 eine Seitenansicht der Platte in dem Kasten gemäß Fig. 2.

An Hand Fig. 1 wird der erfindungsgemäße Funktionsverlauf eines Rauchversuchs erläutert. Ein Prüfling, beispielsweise ein kunststoffummanteltes elektrisches Kabel, wird in einer Vor­ heizphase I langsam auf die Pyrolysetemperatur (a) des Prüf­ lings erwärmt. Den Temperaturverlauf dieser Erwärmung über der Zeit zeigt Kurve 1. Danach wird die Temperatur des Prüflings langsam auf die Schwelbrandtemperatur (b) erhöht und durch eine Stromregelung über eine definierte Zeitspanne konstant gehal­ ten. Die Messung der Ansprechzeit erfolgt hierbei zwischen den beiden Zeitpunkten 3 und 4, wobei der Rauchversuch im Zeitpunkt 4 beendet ist und die Temperatur des Prüflings stark abnimmt. Der konstante Verlauf der Temperatur des Prüflings im Zeitab­ schnitt II ist durch den Kurvenabschnitt 2 dargestellt. Der ge­ samte Versuchsabschnitt II entspricht hierbei der Pyrolysephase und der Schwelbrandphase eines Elektrobrandes. Zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens wird ein Pyrolysegerät mit einer regelbaren Stromquelle, mit Anschlüssen zum Anschluß eines Prüflings 6, der vom Strom der Stromquelle durchflossen wird, mit Sensoren zur Messung des den Prüfling 6 durchfließenden Stroms und mit einen Mikroprozessor zur Regelung des den Prüf­ ling 6 durchfließenden Stroms verwendet. Hierbei ist der Prüf­ ling 6 gemäß Fig. 2 und 3 auf einer Platte 5 instal­ liert, die in diesem Ausführungsbeispiel in einem kastenförmi­ gen Behältnis mit einer gitterartigen Bodenplatte 8, Decken­ platte 9 und Seitenwänden 10, 11 angeordnet ist. Durch die git­ terartige Ausgestaltung der Boden-, Decken- und Seitenwände des kastenförmigen Behältnisses ist es möglich, die Platte 5 mit dem Prüfling 6 in den Kühlluftstrom eines elektronischen Geräts einzubringen, ohne den Kühlluftstrom selbst zu behin­ dern. Hierzu ist die Platte 5 selbst auch gitterartig oder gelocht ausgebildet, so daß die Kühlluft ungehindert an dem Prüfling 6 vorbeistreichen kann. Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß der Prüfling selbst in Form einer Wendel aus­ gebildet ist, um möglichst viel Oberfläche des Prüflings zur Verfügung zu haben, die Rauchaerosole freisetzen kann. Da jeder stromdurchflossene elektrische Leiter, insbesondere aber eine Wendel, von elektrischen und elektromagnetischen Feldern umge­ ben ist, die bei einem Rauchversuch innerhalb einer elektroni­ schen Anlage möglicherweise stören könnten, bestehen sämtliche Wände des kastenförmigen Behältnisses für die Platte aus leitendem Material und sind während des Rauchversuchs geer­ det. Somit wird ein Faraday′scher Käfig um den Prüfling herum aufgebaut, der die elektronische Anlage von den Störfeldern ab­ schirmt.

Claims (12)

1. Verfahren zum Erzeugen von Rauchaerosolen, beispielsweise zur Projektierung, Überprüfung oder Demonstration von Brandmeldesy­ stemen, bei dem ein Material, beispielsweise ein Prüfling, durch Erwärmung- pyrolysiert wird und dabei die Rauchaerosole freisetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Erwärmung des Materials in Abhängigkeit von der Erwärmungszeit vorgebbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturkurve der Einheitstemperaturzeitkurve des Prüflings entspricht.

3. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling über eine definierte Zeitspanne auf einer kon­ stanten oder nahezu konstanten Temperatur gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante oder nahezu konstante Temperatur der Schwel­ brandtemperatur des Prüflings entspricht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Zeitspanne durch die geforderte minimale und die maximale Ansprechzeit eines Brandfrüherkennungssystems de­ finiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der definierten Zeitspanne eine Vorheizphase vorgeschaltet wird, in der der Prüfling langsam auf seine Pyrolysetemperatur erwärmt wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Prüflings durch eine Stromregelung eines den Prüfling durchfließenden Stromes erzeugt wird.

8. Pyrolysegerät zum Erzeugen von Rauchaerosolen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer regelbaren Stromquelle zur Erwärmung eines zu pyroly­ sierenden Materials, gekennzeichnet durch Anschlüsse zum Anschluß des Materials, beispielsweise eines Prüflings (6), derart, daß es von dem Strom der Stromquelle durchflossen wird, und durch mindestens einen Sensor zur Mes­ sung der Temperatur des Materials, wobei die Temperatur der Er­ wärmung des Materials in Abhängigkeit von der Erwärmungszeit regelbar ist.

9. Pyrolysegerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Platte (5), auf welcher das Material installiert ist.

10. Pyrolysegerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte kastenförmig mit gitterartiger oder gelochter Loden- und Deckenplatte ausgebildet ist.

11. Pyrolysegerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Seitenwände der kastenförmigen Platte gitterartig oder gelocht ausgebildet sind.

12. Pyrolysegerät nach einem der Ansprüche 3 bis 11, gekennzeichnet durch ein Zeitglied zur Messung der Ansprechzeit des zu überprüfenden oder zu projektierenden Brandfrüherkennungssystems.