Customer SUCCESS STORY
Brandprüfung und Brandsicherheitstechnik
Das NETZSCH TAURUS Cone Calorimeter TCC 918 im Einsatz an der Technischen Hochschule Luleå, Schweden
Dies ist eine Customer Success Story vonRhoda Afriyie Mensah, Post-Doktorantin in der Abteilung Bauingenieurwesen und Brandschutztechnik, Bauwesen, Umwelt und natürliche Ressourcen, an der Technischen Hochschule Luleå (LTU) in Schweden. Sie berichtet über den Einsatz des TCC 918 Cone Calorimeters und seine einzigartige Programmierung von Variationen des Wärmestroms während der gesamten Prüfdauer, was für die Brandprüfungsprojekte an der LTU von entscheidender Bedeutung waren und zur Entwicklung innovativer Ansätze im Bereich der Brandschutztechnik geführt haben.
“Ich würde Ihre Lösungen und Dienstleistungen als effektiv bezeichnen. Das Cone Calorimeter beeindruckt besonders durch seine Fähigkeit, verschiedene Brandszenarien zu simulieren, und durch seine Anwenderfreundlichkeit. Darüber hinaus stellt die schnelle Kundenbetreuung durch Ihr Team einen erheblichen Mehrwert für Ihr Produkt dar.”
Über die Technische Hochschule Luleå
Die Technische Hochschule Luleå (LTU) befindet sich in Luleå in der Provinz Norrbotten, Nordschweden. Sie ist bekannt für ihre Spitzenforschung und ihre innovativen Ausbildungsprogramme mit einem derzeitigen Jahresumsatz von 2,0 Mrd. SEK, 1.500 Beschäftigten und 17.900 Studierenden. Mit den Schwerpunkten Nachhaltigkeit, Ingenieurwesen und Technologie fördert sie ein dynamisches Lernumfeld, das zur Zusammenarbeit und kritischem Denken anregt. Die Universität verfügt über moderne Einrichtungen und enge Verbindungen zur Industrie, wodurch sichergestellt wird, dass die Studierenden praktische Erfahrungen und Fähigkeiten sammeln, die für ihren Erfolg unerlässlich sind.
Eines der wichtigsten Studienprogramme an der LTU ist der Studiengang Brandschutztechnik (Fire Protection Engineering, FPE) unter der Leitung von Prof. Michael Försth. Das FPE-Programm an der LTU bietet einen Bachelor-Abschluss und einen Abschluss als Master of Science an. Der Studiengang ist Teil des Fachbereichs für Bau-, Umwelt- und Ressourceningenieurwesen und der Abteilung für Brandschutztechnik. Er konzentriert sich auf die Anwendung wissenschaftlicher und ingenieurtechnischer Prinzipien zum Schutz von Menschen, Sachwerten und ihrer Umwelt vor Feuer- und Rauchgefahren.
Der Lehrplan umfasst sowohl theoretische Kurse als auch praktische Laborarbeit, bei der Einrichtungen wie das Labor für Brandschutztechnik genutzt werden. Das Brandschutzlabor ist mit hochmodernen Geräten wie einem Cone Calorimeter, einem Micro Combustion Calorimeter (MCC), einem Sauerstoffindex-Analysegerät (LOI) und einem speziellen Brandofen ausgestattet.
Das Cone Calorimeter und des LOI-Prüfgerät wurden von der NETZSCH TAURUS Instruments GmbH erworben. Diese Geräte sind unerlässlich für die Untersuchung der Wärmeübertragung und Entflammbarkeit von Materialien und bieten den Studierenden praktische Erfahrung bei der Beurteilung der Branddynamik und des Brandverhaltens verschiedener Materialien.
Rhoda, bitte stellen Sie sich und Ihr Forschungs- und Anwendungsgebiet kurz vor.
Mein Name ist Rhoda Afriyie Mensah und ich bin Post-Doktorandin an der Technischen Hochschule Luleå (LTU) in Schweden. Ich habe an der Universität für Wissenschaft und Technik Nanjing, China im Fach Maschinenbau promoviert, wo der Anwendung von künstlicher Intelligenz in der thermischen Analyse und Entflammbarkeit von Materialien erforschte. Mein Postdoktoranden-Studium begann ich im Jahr 2021 in der Gruppe für Brandschutztechnik am Institut für Bau- und Brandschutztechnik der LTU. Meine Forschungen konzentrierten sich auf die Bewertung des Brandverhaltens von Materialien und die Verwendung von Flammschutzmitteln in Materialien, um deren Brennbarkeit zu verringern. Zu diesem Zweck habe ich verschiedene Brandprüfgeräte verwendet, unter anderem das Cone Calorimeter und das Microscale Combustion Calorimeter. Des Weiteren bin ich Dozentin für Wärmeübertragung für Studierende des Fachbereichs Brandschutztechnik und Leiterin des Labors für Brandschutztechnik.
Seit wann besteht die Zusammenarbeit mit NETZSCH und vor welchen Herausforderungen stand Ihre Abteilung vor dem Einsatz unserer Lösungen?
Die Zusammenarbeit besteht seit August 2022. Vor dem Einsatz des NETZSCH Cone Calorimeters TCC 918 stand das Labor für Brandschutztechnik mit unserem alten Cone Calorimeter vor großen Herausforderungen. Das Gerät war mit einer offenen Brennkammer ausgestattet, die für die Anwender ein Risiko der Flammen- und Hitzeeinwirkung darstellte. Außerdem verwendete das alte Modell Drierite, ein Trockenmittel, das giftige Chemikalien enthielt. Wir waren auf der Suche nach einer Lösung dieses Problems, die gleichzeitig unsere Möglichkeiten zur Durchführung effektiver Brandversuche verbessern würde. Das TCC 918 bot eine sicherere, geschlossene Verbrennungskammer und machte die Verwendung giftiger Substanzen überflüssig.
Warum haben Sie sich für NETZSCH entschieden? Wie haben unsere Lösungen zur Bewältigung Ihrer Herausforderungen beigetragen?
Wir haben uns für NETZSCH entschieden, weil das Unternehmen einen guten Ruf als Hersteller qualitativ hochwertiger und zuverlässiger Thermoanalysegeräte hat, die für den Einsatz in Ausbildung und Forschung geeignet sind. Das Modell TCC 918 bietet moderne Sicherheitsmerkmale, einschließlich einer geschlossenen Brennkammer, die Risiken minimiert, und eine benutzerfreundliche Software, die für ein effektives Lernen unerlässlich ist.
Mit dem NETZSCH TCC 918 haben wir ein Kalorimetersystem erworben, das unseren Anforderungen entspricht. Aufgrund der geschlossenen Brennkammer wird das Risiko, Flammen und Hitze ausgesetzt zu sein, erheblich reduziert und sorgt so für ein sichereres Umfeld für unsere Mitarbeiter. Der Verzicht auf giftige Substanzen wie Drierite im Versuchsprozess erhöht zusätzlich die Sicherheit. Darüber hinaus erleichtert die benutzerfreundliche Software des TCC 918 die Durchführung von Experimenten und die Datenanalyse, was zu einer produktiveren und lehrreicheren Erfahrung führt. Diese Lösung hat nicht nur unsere Sicherheitsprobleme gelöst, sondern auch die Qualität und den Umfang unserer Forschungsmöglichkeiten verbessert.
Rhoda, erzählen Sie uns doch bitte mehr über Ihre spezielle Anwendung.
Seit seiner Installation an der Technischen Hochschule Luleå wird das NETZSCH Cone Calorimeter TCC 918 ausgiebig zur Untersuchung des Brandverhaltens einer Vielzahl an Materialien eingesetzt. Zum Beispiel haben wir die Entflammbarkeit und das Brennverhalten von Materialien wie Holz, Kunststoffen, Textilien, Verbundwerkstoffen, Biokohle, verschiedenen Pflanzen und sogar Beton mit diesem modernen Gerät erfolgreich untersucht. Auf diese Weise konnten wir aussagekräftige Daten über das Verhalten dieser Materialien in Brandszenarien sammeln, die sehr wichtig für unsere Forschung im Bereich der Brandschutztechnik sind und dazu beitragen, sicherere Materialanwendungen und Brandschutzstrategien in der Bau- und Materialindustrie zu entwickeln.
Bitte erläutern Sie Ihre Analyse- und Messergebnisse im Detail.
Die Grafik unten zeigt die Wärmefreisetzungsraten (kW/m²) verschiedener Materialien über die Zeit (Sekunden), gemessen mit unserem NETZSCH-Gerät TAURUS TCC 918-Gerät. Hier ist eine Aufschlüsselung der Kennzeichnungen:
Reines WG (reines Weizengluten): Diese Linie (schwarz) gibt die Wärmefreisetzungsrate von reinem Weizengluten, das ohne jegliche Zusätze gepresst wurde, wieder. Sie zeigt frühzeitig einen steilen Anstieg über 700 kW/m², fällt dann schnell ab und stabilisiert sich nahe Null, was auf eine schnelle Verbrennung hinweist.
BC_APP_WG_COMP (Biokohle-Ammonium-Polyphosphat-Weizengluten-Composite): Diese Linie (rot) gibt ein Composite aus Weizengluten, Biokohle und Ammonium- Polyphosphat, einem Feuerschutzmittel, wieder. Sie weist eine viel niedrigere und allmählichere Wärmefreisetzungsrate mit Peak bei ca. 150 kW/m² auf und nimmt dann langsam ab – ein Anzeichen, dass die Zugabe von Biokohle und Ammoniumpolyphosphat die Entflammbarkeit und die maximale Wärmefreisetzungsrate um 74 % reduziert.
BC_Lanosol_WG_COMP (Biokohle-Lanosol-Weizengluten-Composite): Die Linie (blau) stellt ein Composite aus Weizengluten, Biokohle und dem Feuerschutzmittel Lanosol dar. Ähnlich wie BC_APP_WG_COMP zeigt auch dieses Composite eine um 14 % niedrigere Peak-Wärmefreisetzungsrate im Vergleich zum reinen Weizengluten. Der Peak ist höher als beim BC_APP_WG_COMP, jedoch immer noch deutlich geringer als beim reinen Weizengluten, was auf eine wirksame Flammhemmung hinweist.
Die Kurven demonstrieren auch, dass die Zugabe von Lanosol und Biokohle die Zeit bis zur Entzündung von reinem WG geringfügig verbesserte, während APP und Biokohle die Zeit bis zur Entzündung deutlich verbesserten.
Insgesamt stellt die Grafik die Wirksamkeit verschiedener Additive (Biokohle mit Ammoniumpolyphosphat und Lanosol) bei Verringerung der Wärmefreisetzungsrate und der Entzündungszeit von Weizengluten dar, wenn es Feuer ausgesetzt wird, was für die Erhöhung der Brandsicherheit von Materialien aus Weizengluten von hoher Bedeutung ist.
Gibt es besondere Eigenschaften des Brandprüfgeräts, die für Ihre spezielle Applikation besonders nützlich waren?
Das Cone Calorimeter TCC 918 verfügt über eine einzigartige Fähigkeit, die für unsere Projekte zur Prüfung der Feuerbeständigkeit unerlässlich ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Brandversuchen, bei denen die Proben einem konstanten Wärmestrom ausgesetzt werden, ermöglicht das TCC 918 die Programmierung von Variationen des Wärmestroms während der gesamten Versuchsdauer. Dank dieser Funktion konnten wir verschiedene Brandkurven, einschließlich der Standardbrandkurve und parametrischer Kurven, präzise implementieren und simulieren. Durch die Eingabe der Gleichungen dieser Kurven in das System konnten wir die Parameter dynamisch anpassen, um die Bedingungen, die diese Kurven darstellen, widerzuspiegeln.
Diese hochentwickelte Funktionalität war entscheidend, um Betonproben unterschiedlicher Dicke sowohl Standard- als auch speziellen Temperaturkurven effektiv aussetzen zu können. Das Team der Technischen Hochschule Luleå nutzte diese Funktion, um umfassende Feuerwiderstandsprüfungen durchzuführen und so unser Verständnis des Materialverhaltens unter verschiedenen Brandbedingungen zu verbessern. Diese Anpassungsfähigkeit und Präzision machen den TCC 918 zu einem unschätzbaren Werkzeug für unsere aktuellen Forschungen auf dem Gebiet des Brandschutzes.
Wie haben Sie die Ergebnisse genutzt, um Ihre Forschung, Qualitätskontrolle, Entwicklung und Produktion zu verbessern?
Das Cone Calorimeter hat es uns ermöglicht, Materialien der Normkurve ISO 834 und den parametrischen Kurven in kleinem Maßstab zu unterziehen, die für die Bewertung der Feuerbeständigkeit von Baumaterialien entscheidend sind. Das Steuerungssystem des Kalorimeters konnte diese Kurve bis zu einer maximalen Temperatur von 1000 °C einhalten, was den Anforderungen der meisten Materialtests entspricht. Diese Eigenschaft war besonders wertvoll, um eines unserer Projektziele zu unterstützen, und zwar die Verringerung der Testanzahl für Screeningzwecke. Die Vielseitigkeit des TCC 918 hat unsere Prüfverfahren verbessert und dazu beigetragen, Screening-Brandbeständigkeitsprüfungen zugänglicher und kostengünstiger zu machen. Diese Fähigkeit steht im Einklang mit unserem langfristigen Projektziel, die Verfügbarkeit von Feuerwiderstandsprüfungen zu erweitern, was besonders für die Bewertung neuer Materialien und Technologien in der Bauindustrie von Vorteil ist.
Wie hat sich der Einsatz unserer Lösungen bzw. die Analyseergebnisse auf Ihre Geschäftsergebnisse ausgewirkt? Konnten Sie signifikante Einsparungen oder Effizienzsteigerungen erzielen?
Ja, durch den Einsatz des Cone Calorimeters erreichen wir erhebliche Einsparungen und Effizienzsteigerungen im Vergleich zu herkömmlichen Brandversuchen. Traditionell erfordern diese Tests sehr große Proben, doch mit dem NETZSCH TAURUS TCC 918 benötigten wir nur Proben von 100 x 100 mm mit einer Dicke von bis zu 50 mm. Diese Verringerung der Probengröße reduziert die Menge des verwendeten Materials und somit die Gesamtkosten der Prüfung erheblich. Darüber hinaus ist der Energieverbrauch des Cone Calorimeters wesentlich geringer als der eines großen Ofens, der typischerweise für Brandprüfungen verwendet wird. Dies führt nicht nur zu direkten Energieeinsparungen, sondern trägt auch zu einem nachhaltigeren Prüfverfahren bei, da die Auswirkungen auf die Umwelt minimiert werden. Diese Effizienz macht die Brandprüfung zugänglicher und kostengünstiger und entspricht unseren Zielen, die Verfügbarkeit von Prüfungen zu verbessern und die Betriebskosten zu senken. Es sollte jedoch betont werden, dass es sich hierbei um Prüfungen in kleinem Maßstab handelt, die zu Orientierungs- und Screeningzwecken durchgeführt werden. Für die Klassifizierung von Bauelementen sind Ofenversuche im großen Maßstab erforderlich.
Haben unsere Lösungen auch zur Verbesserung Ihrer Produktqualität oder zur Optimierung Ihrer Arbeitsabläufe beigetragen?
Ja, der Einsatz des Cone Calorimeters hat die Qualität unserer Brandprüfverfahren erheblich verbessert, was wiederum die Qualität der von uns bewerteten Materialien und Produkte erhöht hat. Die Präzision und Anpassungsfähigkeit des Cole Calorimeters hat es uns ermöglicht, genauere und detailliertere Analysen von Materialien unter verschiedenen Brandbedingungen durchzuführen. Dank dieser verbesserten Testmöglichkeiten konnten wir die Materialzusammensetzungen und -behandlungen im Hinblick auf eine bessere Brandbeständigkeit optimieren, was zur Entwicklung sichererer und zuverlässigerer Materialien geführt hat.
Das TCC 918 hat unsere Arbeitsabläufe erheblich optimiert und das Arbeitspensum unserer Mitarbeiter, insbesondere in der universitären Lehre und Forschung, reduziert. Seine Effizienz und Benutzerfreundlichkeit ermöglichen eine schnellere Einrichtung und Durchführung von Experimenten, was ideal für Studentenlabore ist, in denen Zeit und Anwenderfreundlichkeit eine wichtige Rolle spielen. Die Studierenden konnten mehrere Experimente in kürzerer Zeit durchführen und so ihre Lernerfahrung verbessern, da sie mehr Zeit für den praktischen Umgang mit den Geräten hatten und die Ergebnisse sofort analysieren konnten. In Forschungsprojekten ermöglicht das intelligente Design des Cone Calorimeters den Forschern, mehr Experimente mit weniger Vorbereitungszeit durchzuführen, was effiziente Forschungszyklen und einen schnelleren Fortschritt von der Hypothese zur Schlussfolgerung mit sich brachte. Die Einführung des neuen Cone Calorimeter in unserem Labor hat die Produktivität gesteigert, da es ein effizienteres Zeitmanagement ermöglicht und den manuellen Aufwand beim Aufbau und der Durchführung von Brandversuchen verringert.
Konnten Sie neue Forschungserkenntnisse gewinnen oder hat sich eine völlig neue Entwicklung ergeben?
Ja, durch den Einsatz des Cone Calorimeters konnten wir neue Forschungserkenntnisse gewinnen und sogar innovative Ansätze im Bereich der Brandschutztechnik entwickeln. Die Präzision und Flexibilität des Geräts bei der Simulation verschiedener Brandszenarien hat es uns ermöglicht, das Brandverhalten verschiedener Materialien eingehend zu untersuchen, darunter auch solche, die normalerweise nicht in Standard-Brandversuchen berücksichtigt werden, wie zum Beispiel Biokohle. Dadurch eröffneten sich neue Wege, um zu verstehen, wie Materialien unter Brandbedingungen brennen und interagieren. Ein wichtiger Fortschritt ist die Entwicklung feuerhemmender Materialformulierungen. Durch die Beobachtung des Verhaltens verschiedener Verbundwerkstoffe in kontrollierten Brandversuchen konnten unsere Forscher die Materialzusammensetzung optimieren, um die Hitzebeständigkeit zu erhöhen. Diese Erkenntnisse haben auch dazu beigetragen, den Brandschutz zu verbessern. Darüber hinaus hat das Kalorimeter die interdisziplinäre Zusammenarbeit erleichtert, indem wir dadurch die Erkenntnisse aus den Abteilungen Chemie, Holzwissenschaften und Brandschutztechnik anderer Einrichtungen, die sich mit der Entflammbarkeit von Materialien beschäftigen, zusammenführen konnten. Dieser kollaborative Ansatz hat nicht nur den Umfang unserer Forschungen erweitert, sondern hat sie auch viel effektiver gemacht.
Können Sie auch auf Erfahrungen mit unserem Kundensupport und -service zurückblicken?
Unsere Erfahrungen mit Ihrem Kundensupport und Service waren außerordentlich positiv, insbesondere dank der Beiträge von Robert Russow und seinem Team. Ihre schnellen und kompetenten Antworten haben entscheidend dazu beigetragen, dass wir das Kegelkalorimeter effektiv und effizient nutzen konnten. Wann immer wir während der Inbetriebnahme auf technische Probleme stießen oder Fragen zu den Geräten hatten, bekamen wir schnelle und kompetente Unterstützung durch das Team von NETZSCH Taurus, was die Ausfallzeiten erheblich minimierte und unsere Gesamtproduktivität steigerte. Ihr Fachwissen half uns nicht nur bei der routinemäßigen Wartung und Fehlersuche, sondern auch bei der Optimierung der Nutzung des Kalorimeters für unsere spezifischen Forschungsanforderungen. Wir schätzen das Engagement und die Professionalität sehr und sind höchst zufrieden mit dem Service von NETZSCH.
Gibt es weitere Herausforderungen, die Sie für die Zukunft an uns herantragen möchten?
Mit Blick auf die Zukunft freuen wir uns darauf, unsere Zusammenarbeit mit Ihrem Team zu vertiefen und uns auf moderne Materialbrandprüfungen und die Entwicklung umweltfreundlicher und feuerbeständiger Materialien zu konzentrieren, die die Industriestandards neu definieren könnten. Wir sehen auch einen Bedarf an moderner Technologie, wie z.B. das Hinzufügen einer Kamera, um anstehende Echtzeitmessungen zu erhalten. Darüber hinaus sehen wir einen Mehrwert in der Erweiterung von Schulungsprogrammen und Workshops, um sicherzustellen, dass unser Team das sich entwickelnde Potenzial der Geräte voll ausschöpfen kann. Das Fortsetzen unserer Partnerschaft wird nicht nur unsere Forschungskapazitäten verbessern, sondern auch zu bedeutenden Fortschritten in der Brandschutztechnologie beitragen.
Danke!
Rhoda, haben Sie herzlichen Dank für dieses Interview, die spannenden Einblicke in Ihre Arbeit und Ihre positiven Worte! Wir freuen uns darauf, Sie auch in Zukunft mit Hilfe unserer Analysegeräte auf dem langen Weg zu einer moderneren Materialbrandprüfung und der Entwicklung umweltfreundlicher und feuerfester Materialen begleiten zu dürfen.
