Selbst entwickelte Sensoren für die neuartigen Brandmelder.

Selbst entwickelte Sensoren für die neuartigen Brandmelder.

Rauchmelder erschnüffelt Brandquellen

Publiziert

Alarm schon bevor es brennt

INNOspaceMasters ist ein jährlicher Ideenwettbewerb, mit dem neue Ideen für Raumfahrt- und Erdanwendungen vorgestellt werden. Ein Team des ZARM und des IWT der Universität Bremen hat in Zusammenarbeit mit dem Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Tübingen dabei nun die DLR-Challenge gewonnen – mit einem hochinteressanten Projekt: einem Rauchmelder, der Brandquellen bereits vor Ausbruch des Brandes „erschnüffeln“ kann.

Beim INNOspace-Masters-Wettbewerb werden von verschiedenen Organisationen und Firmen insgesamt fünf Challenges ausgeschrieben – die vom DLR (Deutsches Zentrum für Lufts- und Raumfahrt) gewann jetzt das Bremer Team, bestehend aus Dipl.-Ing. Christian Eigenbrod und M.Sc. Florian Meyer vom Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM), Professor Lutz Mädler vom Institut für Werkstofftechnik (IWT) der Universität Bremen und Dr. Nicolae Bársan vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Tübingen. Es wurde nun bei der Preisverleihung in Berlin dafür ausgezeichnet. Verbunden mit dem Sieg ist auch eine finanzielle Förderung des Projekts. „Insgesamt waren 153 Vorschläge eingegangen“, so Christian Eigenbrod. „Dass wir bei dieser Konkurrenz auf Platz 1 gelandet sind, macht uns daher sehr stolz.“

Alarm schon bevor es brennt

Im Projekt geht es um die Entwicklung von Brandmelde-Sensorik, die einen Brandherd „erschnüffeln“ soll, schon bevor es zu dessen Entzündung kommt. „Jeder kennt beispielsweise den eigentümlichen Geruch von überhitzter Elektrik oder Elektronik. Ganz ähnlich emittiert jeder Stoff, wenn er überhitzt ist, gasförmige Stoffe, die durch neuartige halbleitende Metall-Oxid Schichten detektiert werden können“, erklärt Christian Eigenbrod.

Was die Halbleiter dabei detektieren, was kritisch und was unkritisch ist, müssen sie über Machine-Learning-Routinen beigebracht bekommen. Die Schichten ändern ihren Widerstand nicht nur aufgrund spezieller Luft-Inhaltsstoffe, sondern auch aufgrund der allgemein veränderten Atmosphärenzusammensetzung. Dabei spielen nicht nur zusätzlich emittierte Stoffe eine Rolle, sondern auch das, was stattdessen weniger vorhanden ist. Nach entsprechendem Training gibt es kaum einen gasförmigen Stoff, der so nicht detektiert werden kann.

Einen konkreten technischen Aufbau gibt es noch nicht. Sensoren dieser Art werden von der Firma Sensirion AG – einer Ausgründung der ETH Zürich – vertrieben und finden unter anderem in Geräten zur Überwachung der Raumluftqualität Anwendung. Dabei geht es beispielsweise um CO2, CO oder Formaldehyd, welches aus Möbeln ausgasen kann. Aber auch eigene Sensoren können am IWT hergestellt und speziell auf die Anforderungen zur Branddetektion angepasst werden.

Idee kam aus der Raumfahrtforschung

Die Idee zu einem solchen Rauchmelder entstand vor einigen Jahren über ein ESA (European Space Agency)-MAP (Microgravity Application Promotion)-Projekt zusammen mit der Universität Tübingen und der ETH Zürich, um zu versuchen, neuartige Sensoren unter Mikrogravitationsbedingungen herzustellen. Bei der Herstellung werden die Schichten aus einer sehr heissen Spray-Flamme auf einem Substrat abgeschieden. Dabei liefert die Flamme die benötigten hohen Temperaturen. Die Flüssigkeit, die in Form eines brennbaren Sprays in die Flamme gebracht wird, enthält die Ausgangsstoffe für die Halbleiterschicht.

Das Standard-Verfahren heisst „Flame Spray Pyrolysis“ (FSP). Es zeigte sich, dass die benötigten hohen Temperaturen nur mittels Knallgasflammen (Wasserstoff/Sauerstoff) erzielt werden konnten. Da diese Flammen eine sehr schnelle Ausbreitungsgeschwindigkeit haben, sind sie hochturbulent und der Gravitationseinfluss ist verschwindend gering. Insofern war dieses Projekt nicht erfolgreich im Sinne, neue Materialien in Schwerelosigkeit herstellen zu können.

Erinnerung an frühere Zusammenarbeit führte zum neuen Projekt

Christian Eigenbrod hatte sich an eben diese Sensor-Schichten erinnert, als sich in der aktuellen Forschung zur Feuersicherheit in der astronautischen Raumfahrt zeigte, dass momentan verwendete Rauchmelder ihrer Aufgabe kaum gerecht werden. Dies können sie unter den Gegebenheiten auf der Internationalen Raumstation (ISS) auch prinzipiell nur sehr schlecht, da neben dem Rauch auch alle anderen Arten von feinen Partikeln erfasst werden, was zu häufigen Fehlalarmen führt. Auch wurde klar, dass klassische Rauchmelder auf einer Mondstation bei allgegenwärtigem feinstem Regolith-Staub kaum eine Chance auf zuverlässige Funktion haben. Darüber hinaus alarmieren Rauchmelder grundsätzlich erst dann, wenn es im Prinzip schon zu spät ist.

Also wurde der Kontakt nach Tübingen wieder aufgegriffen und nachgefragt, ob die Halbleitersensoren in der Lage sein könnten, Ausgasungen zu detektieren, die aus überhitzten Kunststoffen vielleicht schon vor deren Entzündung stammen. Diese Frage wurde ohne Einschränkungen bejaht, und die Idee eines neuartigen Brandmelders war somit geboren.

Durch den Erfolg beim INNOspaceMasters wird die Umsetzung der Idee nun in einem Entwicklungsprojekt untersucht. Dazu werden Förderungen bis zu 400.000 € bereitgestellt. Nach einer erfolgreichen ersten Projektphase könnte ein erster Prototyp des Systems entwickelt werden, der beispielsweise auf der ISS getestet werden könnte.

EVENTS

analytica

Leitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 09.-12. April 2024

Ort: München (D)

Siams

Die Messe der Produktionsmittel der Mikrotechnik

Datum: 16.-19. April 2024

Ort: Moutier (CH)

Hannover Messe

Transfoming Industry Togheter

Datum: 22.-26. April 2024

Ort: Hannover (D)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 13.-17. Mai 2024

Ort: München (D)

drupa

Weltweit führende Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 28. Mai-07.Juni 2024

Ort: Düsseldorf (D)

ArbeitsSicherheit Schweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz und Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 05.-06. Juni 2024

Ort: Zürich (CH)

EPHJ-EPMT-SMT

Internationale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 11 – 14 Juni 2024

Ort: Genf (CH)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 10.-14. Juni 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 11.-13. Juni 2024

Ort: Nürnberg (D)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

Rehacare

Die REHACARE ist die internationale Fachmesse für Rehabilitation, Prävention, Inklusion und Pflege.

Datum: 25. - 28. September 2024

Ort: Düsseldorf (D)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 24.-26. September 2024

Ort: Nürnberg (D)

W3+ Fair Jena

Europas führende Plattform für Forschung und Innovationskraft

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Jena (D)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 18.-19. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

IN.STAND

Die Messe für Instandhaltung und Services

Datum: 08.-09. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

VISION

Weltleitmesse für Bildverarbeitung

Datum: 08.-10. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

IFAS

Fachmesse für den Gesundheitsmarkt

Datum: 22.-24. Oktober 2024

Ort: Zürich (CH)

ALL4PACK EMBALLAGE

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 04.-07. November 2024

Ort: Paris (F)

electronica

Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

SEMICON Europa

Europäische Leitmesse für Mikroelektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

VALVE WORLD EXPO

Weltweite Leitmesse für Industrie-Armaturen

Datum: 03.-05. Dezember 2024

Ort: Düsseldorf (D)

LABVOLUTION

Europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows

Datum: 20.-22. Mai 2025

Ort: Hannover (D)

Automatica

Die Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse und Kongressfür Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 02.-04. September 2025

Ort: Bern (CH)

CMS Berlin

Internationale Leitmesse für Reinigung und Hygiene

Datum: 23.-26. September 2025

Ort: Berlin (D)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 23. - 25. September 2025

Ort: Nürnberg (D)

A + A

Messe und Kongress für Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit

Datum: 04.-07. November 2025

Ort: Düsseldorf (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für kommunales und industrielles Wassermanagement.

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Die Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen & Prozesse

Datum: 26. - 27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 07.-13. Mai 2026

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis