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Kegelkalorimeter ( engl. Cone Calorimeter )
Ein Kegelkalorimeter, auch Cone Kalorimeter gemäß der englischen Übersetzung genannt, ist ein Prüfgerät zur realitätsnahen Untersuchung des Brandverhaltens. Es findet eine Brandsimulation im Labormaßstab statt, wobei mehrere Daten gesammelt werden, um eine umfassende Aussage über die Brennbarkeit von Materialien zu machen. Bei Einschätzung der Brandentwicklung ist die Messung der Wärmeabgabe entscheidend. Das verwendete Messverfahren ist die Sauerstoffsverbrauchskalorimetrie. Es findet beim Cone Kalorimeter nach ISO 5660 Anwendung. Weit verbreitet ist es im Bereich der Brandschutztechnik.
Grundlagen
Die Beurteilung des Brandverhaltens besitzt eine außerordentliche Bedeutung für den praktischen Einsatz in der Zulassung von Werk- und Baustoffen sowie in Forschung und Entwicklung von flammgeschützten Materialien. Entscheidend dabei ist die Messung der Wärmefreisetzungsrate, die als physikalische Größe nicht direkt messbar ist. Sie steht in direkter Relation zum verbrauchten Sauerstoff. Der Verlauf des verbrauchten Sauerstoff wird sowohl im zeitlichen Verlauf als auch gesamt aufgezeichnet, und anhand dieser Werte wird die Wärmefreisetzungsrate ermittelt. Zum einen können dadurch auf die Energiefreisetzung beruhende Gefährdungen für Bauteile und die Risiken der Brandausbreitung beschrieben werden, zum anderen die Gefährdungen für Mensch und Umwelt durch die Freisetzung von toxischen Brandprodukten. Das Cone Kalorimeter entsprechend ISO 5660 ist seit langem ein nützliches Prüfgerät um dieses Verfahren im Labormaßstab auszunutzen und die Brandparameter von verschiedenen Materialien unter möglichst realen Bedingungen zu simulieren.
Datei:Https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Seitenansicht Cone.jpg
Verfahren
Das Cone Kalorimeter in Anlehnung an die Norm ISO 5660 zeichnet sich durch die quantitative Bestimmung von brandrelevanten Materialeigenschaften an vergleichsweise kleinen Probenkörpern aus. Wärmefreisetzung, Zündzeitpunkt, Bildung von Verbrennungsgasen, Massenverlust und Rauchentwicklung werden gleichzeitig gemessen. Ebenfalls wird die Toxizität der Brandgase ermittelt. Dazu werden Probenkörper unter der für einen Brand realistischen Bestrahlungsstärke von bis zu 100 kW/m2 untersucht. Abbildung 1 zeigt eine verwendete Prüfapparatur. Der Name des Prüfgerätes geht auf die konusförmige Heizspirale zurück. Diese wird elektrisch betrieben und ist derart konstruiert, damit die Probenoberfläche einer möglichst gleichförmigen Wärmestrahlung ausgesetzt wird. Diese konstante Bestrahlungsstärke ist zum einen abhängig von der Temperatur der Heizspirale und zum anderen vom Abstand zur Probenoberfläche zur Heizspirale. Zusätzlich ist das Brandszenario im Cone Kalorimeter dadurch gekennzeichnet, dass die Entzündung der frei gesetzten Brennstoffgase durch einen Funken unterstützt wird, dass die Verbrennung gut ventiliert stattfindet und dass durch horizontalen Versuchsaufbau Tropfen und Fließen verhindert wird. Die horizontale Brandausbreitung wird nicht berücksichtigt, folglich findet die Verbrennung eindimensional in Dickenrichtung der Probe statt.
Grenzen des Verfahrens
Laborversuche sind in der Regel einfach durchzuführen, erfassen jedoch kaum die gesamte Komplexität aller Einflussfaktoren, die im Brandfall zur Wirkung gelangen. Durchläuft ein Probenkörper eine Prüfmethode, so liefert diese einen bestimmtem Aspekt. Für eine allgemeingültige Aussage über das Brandverhalten ist die Kombination von verschiedenen Prüfmethoden unerlässlich. Die Kegelkalorimetrie berücksichtigt die Brandausdehnung nur in einer Dimension, in Dickenrichtung der Probe. Die horizontale Brandausbreitung wird nicht berücksichtigt, genauso wenig wie die Einflüsse verschiedener Herstellungsparameter. Das ist die Haupteinschränkung der Methode, dass nicht alle Details eines Brandes abgebildet werden. Trotzdem wurde die Anwendung der Normbrandkurve nach ISO 834 bestätigt, so dass das der Cone Kalorimeter Test zur Datengewinnung in Bezug auf Brandschutzsimulationen anwendbar ist. Ebenso hat sich gezeigt, dass ein Material mit einem hohen UL94 V-Wert, die Anzahl der Brände mit Todesfolgen und die Zerstörung von Eigentum enorm reduziert. Ein weiteres Bedenken in Bezug auf Flammschutz-Prüfungen sind fehlende Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse. Daraus schlussfolgernd ergibt sich die Frage, warum sich aus einer Prüfmethode die zur Verbesserung des Flammschutzes entwickelt wurde keine hinreichende Aussage zum Brandschutz ableitbar ist. Materialprüfung und -zulassung liefern genauso wie die Möglichkeiten und Grenzen dieser Prüfung verstärkt Diskussionsbedarf.
Siehe auch
Brandschutz Brandverhalten Brandprüfung Kalorimetrie
Referenzen:
Literatur und Einzelnachweise:
Martin Bonet: Kunststoffe in der Ingenieuranwendung verstehen und zuverlässig auswählen, Vieweg + Teubner ( 2009), ISBN: 978-3-8348-9303-1
ISO 5660-1 Prüfungen zum Brandverhalten von Baustoffen Wärmefreisetzung, Rauchentwicklung und Masseverlustrate-Wärmefreisetzungsrate (Cone-Kalorimeter-Verfahren); Ausgabe Dezember 2002
Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB) der Technischen Universität Braunschweig, Braunschweiger Brandschutztage 2007, Fachtagung zum Brandschutz in Forschung und Praxis, Aktuelles aus der Forschung, Verwendbarkeit von Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen im Holztafelbau, B. Kampmeier, Braunschweig, Sitzung 1, 11 – 24
Brandschutzforschung der Bundesländer, Bericht Nr. 167, Entwicklung von Grundlagen für ingenieurtechnische Methoden zur Berechnung der erforderlichen Löschintensitäten für das Löschen von Bränden mit Wasser Teil II - Aufbau und Test einer Löschapparatur- Berechnung der Wärmefreisetzungsrate nach der Sauerstoffverbrauchsmethode, Anhang 1, A-3
Plastverarbeiter Juli 2008, Sicherheitsanforderungen des 21. Jahrhunderts, Flammgeschützte Polyamide, S.56, http://www.plastverarbeiter.de/wp-content/uploads/migrated/docs/1836_30966.pdf
Kempel, Florian: Komplementäre Nutzung von Polymerwissenschaft und Brandsimulation: Vier Beispiele in den Dimensionen Kubikdekameter bis Kubikzentimete,BAM-Dissertationsreihe Band 104, 2013, http://www.bam.de/de/service/publikationen/publikationen_medien/dissertationen/diss_104_vt.pdf
Prüfeinrichtung Cone Calorimeter nach ISO 5660-1, http://www.wazau.com/produkte/materialpruefung/thermometrie/brandpruefgeraete/pruefeinrichtung-cone-calorimeter-iso-5660-1.html
Will, Jürgen: Entwicklung eines sauerstoffkalorimetrischen Verfahrens zur Bestimmung von Brandparametern bei unterschiedlich ventilierten Bränden, Fachbereich Bauingenieurwesen, Technischen Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig,2004 http://digisrv-1.biblio.etc.tu-bs.de:8080/docportal/servlets/MCRFileNodeServlet/DocPortal_derivate_00001770/Document.pdf
Hartmann,Paul: Vergleichende Untersuchung von Brandschutzbeschichtungen für Holz und Holzwerkstoffe, Leopold-Franzens-Universität Innsbruck, 2013, http://www.uibk.ac.at/holzbau/aktuelles/aktuelles-2013/poster_da_paul_hartmann.pdf
Bartholmai, Matthias: Flammschutz von polymeren Baustoffen: Bewertung von Konzepten auf der Basis von Small-scale Cone Calorimeter Untersuchungen,Flammschutz von polymeren Baustoffen, BAM-Dissertationsreihe Band 22, 2007, http://www.bam.de/de/service/publikationen/publikationen_medien/dissertationen/diss_22_vt.pdf
Hohenwater -Richter: Brandschutz für brennbare Materialien, Brandschutz-Fachtagung der Fahhochschule St.Pölten, 2010, https://www.kunststoff.ac.at/fileadmin/Content/Downloads_VAKU/Publikationen/Brand3_Hohenwarter-Richter_FSEDB.pdf
