Automatisierung von Löschvorgängen mit begrenztem Löschmittel am Beispiel von Brandversuchen zur Überprüfung des Löschvermögens tragbarer Feuerlöscher
Publication date
2024-08-16
Document type
Dissertation
Author
Stoller, Fabian Marcel
Advisor
Referee
Granting institution
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
Exam date
2024-07-08
Organisational unit
Part of the university bibliography
✅
Keyword
Mechatronik
Automatisierte Brandbekämpfung
Sensorik
Abstract
Die für eine Zulassung von Feuerlöschern für den europäischen Markt erforderlichen Prüfungen sind zusammen mit den erforderlichen Eigenschaften und Leistungsanforderungen in der DIN EN 3-7 beschrieben. Die Prüfung des Löschvermögens eines Feuerlöschers stellt sicher, dass ein Feuerlöscher im Einsatz eine Mindestfähigkeit zur Bekämpfung von Bränden der geprüften Brandklasse besitzt. Da diese Prüfungen derzeit manuell durchgeführt werden, kommt es zu Intransparenz und fehlender Reproduzierbarkeit der Ergebnisse. Hierdurch hängen die Ergebnisse der Versuchsdurchführung von den Fähigkeiten und der Integrität der durchführenden Person und Institution ab. Eine Lösung dieser Nachteile ist die Automatisierung der Prüfung von Feuerlöschern. Bisher ist jedoch keine Methode und kein System für die automatisierte Löschung von Bränden mit Feuerlöschern erforscht worden. Daraus lässt sich die zentrale Forschungsfrage ableiten: Wie lässt sich ein Feststoffbrand mit einer begrenzten Menge an Löschmittel löschen und welche Komponenten und Funktionen benötigt ein System für diese Herausforderung?
Für ihre Beantwortung wird zuerst untersucht, mit welchen Sensoren ein automatisiertes Löschsystem ein brennendes Prüfobjekt überwachen kann und wie sich damit ein Löschvorgang steuern lässt. Anschließend wird untersucht, wie ein handelsüblicher Feuerlöscher in einem Löschvorgang automatisiert bedient werden kann. Eine zentrale Herausforderung ist die Kalibrierung der Bedienkinematik für einen Feuerlöscher auf ein zuvor entwickeltes Sensorsystem. Zusätzlich wird ein Löschalgorithmus formuliert, der ebendiese Komponenten integriert. Dafür wird das Vorgehen eines Menschen bei der Durchführung der Prüfung als Ausgangspunkt genommen, formalisiert und an die automatisierte Durchführung angepasst. Abschließend wird das Gesamtsystem in Brandversuchen mit Prüfobjekten variierender Größe evaluiert und gezeigt, dass das entwickelte System Feststoffbrände erfolgreich löschen kann.
Für ihre Beantwortung wird zuerst untersucht, mit welchen Sensoren ein automatisiertes Löschsystem ein brennendes Prüfobjekt überwachen kann und wie sich damit ein Löschvorgang steuern lässt. Anschließend wird untersucht, wie ein handelsüblicher Feuerlöscher in einem Löschvorgang automatisiert bedient werden kann. Eine zentrale Herausforderung ist die Kalibrierung der Bedienkinematik für einen Feuerlöscher auf ein zuvor entwickeltes Sensorsystem. Zusätzlich wird ein Löschalgorithmus formuliert, der ebendiese Komponenten integriert. Dafür wird das Vorgehen eines Menschen bei der Durchführung der Prüfung als Ausgangspunkt genommen, formalisiert und an die automatisierte Durchführung angepasst. Abschließend wird das Gesamtsystem in Brandversuchen mit Prüfobjekten variierender Größe evaluiert und gezeigt, dass das entwickelte System Feststoffbrände erfolgreich löschen kann.
The admission of fire extinguishers to the European single market requires the inspection which is described, together with the required features and capabilities of fire extinguishers, in the DIN EN 3-7. The inspection of the capability for fire suppression is an essential aspect defined there. It is aimed to ensure that any given fire extinguisher sold in the European single market supplies a minimum amount of suppression capability. Because these inspections are carried out manually, they result in intransparencies and a lack of reproducibility. The outcome of the inspection depends significantly on the abilities and integrity of the conducting person and body of certification. A solution for this issue is automating the experiment. The state of the art, however, does neither present applicable systems nor fitting methods for the automated fire suppression required with a fire extinguisher, yet. Thus, the main research objective is to research and develop an automated system with which a burning class A fire built in compliance with DIN EN 3-7 can be suppressed with a fire extinguisher.
In order to find an answer to this research question, the sensors required for monitoring and controlling the automated suppression of a standard fire are researched. Subsequently, the means to control a fire extinguisher in the context of the experiment are researched. An essential challenge is the calibration of the kinematic assembly controlling the fire extinguisher onto the sensor system. Finally, a fire suppression algorithm suited for suppressing test fires used for the inspection of fire extinguishers is developed. As a foundation for this development the suppression operations carried out by human firefighters are taken. The components developed are integrated into this algorithm and into a physical suppression system which then is tested in fire experiments. In these experiments the system’s capabilities are tested. The system successfully demonstrates its capability to suppress class A fires.
In order to find an answer to this research question, the sensors required for monitoring and controlling the automated suppression of a standard fire are researched. Subsequently, the means to control a fire extinguisher in the context of the experiment are researched. An essential challenge is the calibration of the kinematic assembly controlling the fire extinguisher onto the sensor system. Finally, a fire suppression algorithm suited for suppressing test fires used for the inspection of fire extinguishers is developed. As a foundation for this development the suppression operations carried out by human firefighters are taken. The components developed are integrated into this algorithm and into a physical suppression system which then is tested in fire experiments. In these experiments the system’s capabilities are tested. The system successfully demonstrates its capability to suppress class A fires.
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