Verfahren zum Erzeugen von Rauchaerosolen und Pyrolysegerät zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Rauch¬ aerosolen, insbesondere für die Projektierung, Überprüfung oder Demonstration von Brandmeldesystemen, bei dem ein Test-Material durch Erwärmung pyrolysiert wird und dabei die Rauchaerosole freisetzt sowie ein Pyrolysegerät zur Durchführung dieses Ver¬ fahrens.

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 Test-Material, beispielsweise ein Stück elektri¬ sches Kabel oder eine Platine, soweit erhitzt wird, daß ein Schwelbrand entsteht, bei dem Rauch erzeugt wird. Da die Ursachen für Brände in elektrischen oder elektronischen Anlagen immer Überhitzungsszustände an Kabeln, Lötstellen oder dergleichen sind, erfolgen die Rauchversuche auch mit derarti¬ gen Bauteilen als Test-Material. Bei der Projektierung von Brandmeldesystemen 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 Geometrie, der unterschiedlichen Bestückung mit elektroni¬ schen und elektrischen Bauteilen und aufgrund verschiedenster Klimatisierungsanlagen unterschiedliche Strömungsverhältnisse auf, die bei der Projektierung von Brandmeldesystemen unbedingt zu berücksichtigen sind. Bei der Überprüfung von Brandmelde¬ systemen dienen die Versuche der Feststellung, ob sich die ein¬ mal installierten Detektoren noch an der richtigen Stelle in

der elektronischen Anlage oder in dem Raum befinden, nachdem beispielsweise die Anordnung der elektronischen Anlagen in ei¬ nem Raum verändert wurde oder neue hinzugekommen sind. Auch in¬ nerhalb eines elektronischen Schaltschranks werden die Strö¬ mungsverhältnisse beispielsweise dadurch beeinflußt, daß eine Platine eingefügt oder entfernt wird. Die VDE-Vorschrift Nr. 0833 schreibt derartige Überprüfungen für Gefahrenmeldeanlagen, also auch für Brandmeldeanlagen, in regelmäßigen Abständen vor. Schließlich dienen die eingangs genannten Versuche zur Demon¬ stration der Effektivität eines Brandmeldesystems, um die Ent¬ scheidung eines Käufers für die Installation eines solchen Sy¬ stems positiv zu beeinflußen.

Bei der Entstehung von Bränden, insbesondere Elektrobränden, werden grundsätzlich drei Phasen unterschieden: die Pyro¬ lysephase, 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 bekannte Verfahren zum Erzeugen von Rauchaerosolen weist Nachteile auf, insbesondere bei der Anwendung in Brandfrüh- erkennungssystemen, mit denen bereits die Entstehung eines Überhitzungszustands detektiert werden soll. Der Schwachpunkt ist das nicht oder nur ungenau reproduzierbare Freisetzen von Rauchaerosolen, womit nicht sicher feststellbar ist, ob sich das Ansprechverhalten des Brandmeldesystems seit der letzten

Prüfung verändert hat oder nicht. Ein weiteres Problem ist der realitätsferne Ablauf der Raucherzeugung; diese erfolgt nämlich sehr plötzlich und mit hoher Konzentration, während sich bei den häufigen Elektrobränden die Pyrolysephase über Stunden bis hin zu Tagen erstrecken kann, bis es zu einem Schwelbrand mit sichtbarer Rauchentwicklung kommt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erzeugen von Rauchaerosolen der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß ein reproduzierbares Abbrandverhalten erzielt wird, sowie ein Pyrolysegerät zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der ein¬ gangs genannten Art gelöst, bei dem das Test-Material über eine definierte Zeitspanne so erwärmt wird, daß seine Temperatur in Abhängigkeit von der Erwärmungszeit einer bestimmten, vorgeb¬ baren Temperaturkurve folgt oder in etwa konstant ist.

Das erfindungsgemäße Pyrolysegerät zur Durchführung dieses Ver¬ fahrens ist gekennzeichnet durch eine regelbare Stromquelle mit Anschlüssen zum Anschluß des Test-Materials, vorzugsweise eines ummantelten Drahtes, derart, daß es von dem Strom der Strom¬ quelle durchflössen wird, und durch mindestens einen Sensor zur Erfassung der Temperatur des Materials, wobei die Temperatur der Erwärmung des Materais in Abhängigkeit von der Erwärmungszeit regelbar ist.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch Einhalten eines vorge¬ gebenen Temperaturverlaufs eine reproduzierbare Erwärmung des Test-Materials erfolgt, so daß die Versuchsergebnisse zur Pro¬ jektierung eines Brandfrüherkennungssystems mit den Versuchs¬ ergebnissen der Überprüfung des Systems nach seiner Installa¬ tion, die sich in jährlichem Rhythmus wiederholt, auf der glei¬ chen Basis stehen und damit vergleichbar sind. Während bei den beschriebenen herkömmlichen Verfahren eine realitätsferne ra¬ sche Zunahme der Konzentration von Rauchaerosolen zu einer ra¬ schen Übersättigung der zu überprüfenden Detektoren führt, wird bei den beiden Alternativen des erfindungsgemäßen Verfahrens ein definierter, jederzeit reproduzierbarer Temperaturverlauf

erzeugt, bei dem sichtbare Rauchpartikel in einer Menge frei¬ gesetzt werden, die der Vorgabe der Ansprechempfindlichkeit aus der Projektierung des Brandfrüherkennungssystems entspricht. Die beiden Alternativen unterscheiden sich durch den zeitlichen Verlauf der Temperatur des Test-Materials: in dem einen Fall ändert sich die Temperatur während der definierten Zeitspanne in ebenfalls definierter Weise, während sie im anderen Fall über die definierte Zeitspanne im wesentlichen konstant gehal¬ ten wird. Der Verlauf der Temperaturkurve hat im Grunde nur eine untergeordnete Bedeutung; wichtig ist hingegen, daß die Kurve einen vorher definierten und damit jederzeit reproduzier¬ baren Verlauf hat. Beispielsweise können die Rauchversuche un¬ ter Zugrundelegung der sogenannten 'Einheitstemperaturzeit¬ kurve' gemäß DIN 4102 "Brandverhalten von Baustoffen" durch¬ geführt werden. Mit dieser Einheitstemperaturzeitkurve wird der Feuerwiderstandswert von Baustoffen getestet, so daß es wün¬ schenswert sein kann, diese Temperaturkurve auch den Rauchver¬ suchen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundezulegen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran¬ sprüchen definiert.

Während die konstante oder nahezu konstante Temperatur der zweiten Verfahrensalternative grundsätzlich jede oberhalb der Pyrolysetemperatur des Test-Materials liegende Temperatur sein kann, entspricht sie vorzugsweise der Schwelbrandtemperatur des Test-Materials. Da in der Schwelbrandphase sichtbare Rauchaero¬ sole freigesetzt werden, ist es möglich, die zuverlässigeren optischen Rauchmelder einzusetzen, während in der Pyrolyse¬ phase, in der unsichtbare Rauchaerosole freigesetzt werden, Ionisations-Rauchmelder oder Chemosensoren benötigt würden.

Vorzugsweise ist die definierte Zeitspanne, in der das Test- Material auf die vorgegebene, zeitabhängige Temperatur erwärmt oder auf einer konstanten oder nahezu konstanten Temperatur ge¬ halten wird, durch die geforderte minimale und die maximale An¬ sprechzeit eines Brandfrüherkennungssystems definiert. Diese Weiterbildung ermöglicht eine besonders exakte Projektierung von Brandfrüherkennungssystemen.

Günstig ist es, der definierten Zeitspanne eine Vorheizphase vorzuschalten, in der das Test-Material langsam auf seine Pyro¬ lysetemperatur erwärmt wird. Das Test-Material ist vorzugsweise ein z. B. gewendelter Draht, der mit Kunststoff ummantelt ist. Die Vorheizphase und die langsame Erwärmung hat dabei den Vor¬ teil, daß sich der Kunststoff nicht verhärtet, wie dies beim raschen Aufheizen durch Anschmelzen und Verkrusten der Ober¬ fläche des Kunststoffs geschähe. Durch die Verhärtung des Kunststoffmantels würde das Freisetzen von Rauchaerosolen ver¬ hindert oder gehemmt. Somit leistet diese Weiterbildung der Er¬ findung einen wichtigen Beitrag zur Simulation eines realen Brandablaufs: langsame Erwärmung des Test-Materials, Durchlau¬ fen einer Pyrolysephase mit Freisetzung von unsichtbaren Rauch¬ aerosolen sowie Schwelbrandphase mit Freisetzung von sichtbaren Rauchaerosolen in einer Menge, die der projektierten Ansprech¬ empfindlichkeit des Brandfrüherkennungssystems entspricht. Nach Ablauf der definierten Zeitspanne ist der Rauchversuch beendet und das erfindungsgemäße Pyrolysegerät schaltet sich automa¬ tisch ab.

Das Test-Material wird vorzugsweise mittels eines hindurchflie¬ ßenden elektrischen Stromes erwärmt. Da eine direkte Regelung seiner Temperatur wegen der erforderlichen Meßwerterfassung problematisch ist, wird die Temperatur durch eine Stromregelung eingestellt. Der Einfluß der Umgebungstemperatur, z. B. durch Konvektion, kann durch Verwendung eines Windschutzes minimiert werden.

Das erfindungsgemäße Pyrolysegerät kann eine Platte aufweisen, auf welcher das Test-Material installiert wird. Das ermöglicht die Verwendung des Pyrolysegeräts in Schaltschränken oder der¬ gleichen, ohne wesentlich auf Bauteile des Schaltschranks zur Unterstützung des Versuchsaufbaus zurückgreifen zu müssen.

Voteilhaft ist ein kastenförmiges Behältnis zur Aufnahme des Test-Materials mit gitterartigen oder gelochten Wänden, vor¬ zugsweise aus Metall oder metallisiert. Die durchbrochenen Wände ermöglichen es, das Test-Material ohne Behinderung im Kühlluftstrom einer elektronischen Anlage anordnen zu können.

Die metallischen oder metallisierten Wände ergeben einen Fara- day'sehen Käfig, der die durch den Heiz-Strom im Test-Material erzeugten elektrischen Felder räumlich begrenzt. Hierzu ist das Behältnis vorzugsweise insgesamt geerdet. Das macht es möglich, das Gerät in einer elektronischen Anlage zu benutzen, ohne die Funktion der Anlage durch die entstehenden 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 Rauch¬ versuch;

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

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

Anhand von Fig. 1 wird das erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen eines Rauchversuchs erläutert. Test-Material ist ein gewendel- tes kunststoffummanteltes elektrisches Kabel (Test-Wendel). Es wird in einer Vorheizphase I langsam auf die Pyrolysetemperatur (a) des Kunststoffs erwärmt. Den Temperaturverlauf dieser Er¬ wärmung über der Zeit zeigt Kurve 1. Danach wird die Temperatur des Test-Materials langsam auf die Schwelbrandtemperatur (b) erhöht und durch eine Regelung über eine definierte Zeitspanne konstant gehalten. 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 Test-Materi-

als danach stark abnimmt. Der konstante Verlauf der Temperatur des Test-Materials im Zeitabschnitt II ist durch den Kurven¬ abschnitt 2 dargestellt. Der gesamte Versuchsabschnitt II ent¬ spricht hierbei der Pyrolysephase und der Schwelbrandphase ei¬ nes Elektrobrandes.

Zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens wird ein Pyro¬ lysegerät verwendet mit einer regelbaren Stromquelle, mit An¬ schlüssen zum Anschluß einer Test-Wendel 6, die vom Strom der Stromquelle durchflössen wird, mit Sensoren zur Messung des in der Test-Wendel 6 fließenden Stroms und mit einem Mikroprozes¬ sor zur Regelung dieses Stromes. Gemäß Fig. 2 und 3 ist die Test-Wendel 6 auf einer Platte 5 installiert, die in einem kastenförmigen Behältnis mit einer gitterartigen Bodenplatte 8, Deckenplatte 9 und Seitenwänden 10, 11 angeordnet ist. Durch die gitterartige Ausgestaltung aller Wände des Behältnisses und auch der Platte selbst ist es möglich, die Platte 5 mit der Test-Wendel 6 in den Kühlluftstrom eines elektronischen Geräts einzubringen, ohne den Kühlluftstrom selbst zu behindern. Zur Abschirmung der elektrischen Felder, die vom Heiz-Strom in der Test-Wendel 6 erzeugt werden, bestehen alle Wände 8 - 11 des Behältnisses aus Metall und sind während des Rauchversuchs geerdet.