Geräte-integrierter Brandschutz mittels feuerlöschender Sicherung

Die 1971 gegründete JOB GmbH, ein zu 100 % privatfinanziertes Unternehmen, ist globaler Marktführer bei Thermoampullen für Sprinkleranlagen und Automobilindustrie. Sie verkauft mehr als 110 Mio. Glasampullen pro Jahr. Inzwischen sind über 1,5 Mrd. Sprinklerampullen aktiv im Feld und bisher liegt das Bauteilversagen im Einsatzfall bei 0. Mit dem jüngsten Produkt E-Bulb hat JOB den kleinsten Feuerlöscher der Welt auf den Markt gebracht. Die feuerlöschende Sicherung E-Bulb eignet sich für die Montage auf Leiterplatten und eröffnet so neue Möglichkeiten für den geräteintegrierten Brandschutz.

Brände vermeiden, um Sach-und Personenschäden zu verhindern

Dass Brandschutzmaßnahmen generell nötig sind und bei Elektro- und Elektronikgeräten auch ein Geräte-integrierter Brandschutz sinnvoll ist, zeigen u. a. folgende Daten:

• Nach Angaben des Gesamtverbands der Deutschen Versicherungswirtschaft (GDV) entsteht etwa jeder dritte Brand durch Elektrizität, überwiegend in elektrischen Geräten, Anlagen und Installationen.
• In Deutschland kommt es durch Brände jährlich zu durchschnittlich etwa 400 Todesfällen und hohen Sachschäden in Millionenhöhe.
• Durch den Trend zu smarten Produkten steigt das Brandrisiko, da es nicht nur von Jahr zu Jahr mehr elektrische Geräte gibt, sondern diese sind auch dauerhaft online und stehen unter Strom, um fernbedient werden zu können.

,,Rein statistisch betrachtet, brennt es einmal pro Woche in einem Krankenhaus...''

Für Unternehmen sind Brände existenzielle Risiken: Denn neben der Gefahr für die Gesundheit und das Leben von Menschen drohen Verluste von enormen Sachwerten wie Produktionsanlagen sowie von Materialien und Produkten, zudem Folgekosten durch Brand-bedingte Umweltschäden als auch der Verlust von Kunden und Marktanteilen. Laut GDV-Statistik bedeutet ein großflächiger Brand für über 40 % der betroffenen Betriebe das vollständige Aus. Nur etwa jedes vierte Unternehmen kann seine Geschäftstätigkeit nach einer Brandsanierung wieder vollständig aufnehmen.

Für Unternehmen sind Brände existenzielle Risiken: Denn neben der Gefahr für die Gesundheit und das Leben von Menschen drohen Verluste von enormen Sachwerten wie Produktionsanlagen sowie von Materialien und Produkten, zudem Folgekosten durch brandbedingte Umweltschäden als auch der Verlust von Kunden und Marktanteilen. Laut GDV-Statistik bedeutet ein großflächiger Brand für über 40 % der betroffenen Betriebe das vollständige Aus. Nur etwa jedes vierte Unternehmen kann seine Geschäftstätigkeit nach einer Brandsanierung wieder vollständig aufnehmen.

Sprinkleranlagen und geräteintegrierter Brandschutz ergänzen sich

Zur Vermeidung von Bränden bzw. zur Bekämpfung entstehender Brände in Unternehmens- und öffentlichen Gebäuden sowie in Industrieanlagen werden vor allem Sprinkleranlagen eingesetzt. In der Praxis hat sich gezeigt, dass Sprinkleranlagen in der Brandbekämpfung sehr effektiv sind. Aber ihr Einsatz ist auch mit Problemen verbunden. Denn Sprinkleranlagen lösen im Brandfall erst dann automatisch aus, wenn der Brand bereits ein solches Ausmaß angenommen hat, dass die vorgegebene Auslösetemperatur überschritten wird. Der Aufwand für den Einsatz einer Sprinkleranlage ist abhängig von der Nutzung und Lage des Gebäudes sowie von den dort befindlichen Materialien und Produkten. Kostspielige Einrichtungen zur Löschwasserbereitstellung und/oder Löschwasserzurückhaltung können erforderlich werden. Zudem können durch das Löschwasser aus der Sprinkleranlage auch die vorhandenen Einrichtungen, Maschinen, Materialien und Produkte beeinträchtigt oder gar zerstört werden. Jedoch ist dieser Kollateralschaden im Brandfall oft deutlich günstiger als ein Flächenbrand. Die Sprinkleranlage beschränkt das Schadensausmaß meist auf den Raum der Brandentstehung und hält das Feuer klein bis die Feuerwehr eintrifft. Oft wird das Feuer auch durch die Sprinkleranlage ganz gelöscht.

Neben Sprinkleranlagen als wichtigstem Glied des aktiven anlagentechnischen Brandschutzes gewinnen seit einigen Jahren geräteintegrierte Brandschutzsysteme immer mehr an Bedeutung. Diese dienen dazu, dass ein entstehender Brand am Ursprungsort bekämpft wird, so dass er sich von dort nicht weiter ausbreiten kann. Der geräteintegrierte Brandschutz ergänzt somit den anlagentechnischen Brandschutz.

Ideal im Sinne eines ganzheitlichen Brandschutzkonzepts ist die Kombination von Geräte-integriertem Brandschutz mit einer Sprinkler- und einer Brandmeldeanlage. Falls unter besonderen Umständen der geräteintegrierte Brandschutz einen entstehenden Brand nicht löschen bzw. die Brandausbreitung nicht verhindern kann, kommen die Sprinkler- und die Brandmeldeanlage zum Einsatz.

Erste Brandschutzverbände wie das Deutsche Institut für vorbeugenden Brandschutz (DIvB) haben den Geräte-integrierten Brandschutz wegen seiner Vorteile als Fokusthema aufgenommen.

Brandschutz bei Elektro- und Elektronikgeräten

Bei Elektro- und Elektronikgeräten sind die Brände auslösenden Fehlerursachen vielfältig: Überlastung, Spannungsschwankungen, ESD-Schäden, Umgebungsbedingungen, Bauteilversagen, Alterung, kalte Lötstellen, Korrosion, Fertigungsfehler, etc. Dies muss beim Brandschutzkonzept berücksichtigt werden. Zum ganzheitlichen Brandschutzkonzept gehört bei Elektro- und Elektronikgeräten inzwischen ein geräteintegrierter Brandschutz. Kleine Feuerlöschsysteme für den geräteintegrierten Brandschutz

Für den geräteintegrierten Brandschutz bei Elektro- oder Elektronikgeräten gibt es neben passiv wirkenden Maßnahmen – wie die seit vielen Jahren praktizierte Verwendung nicht brennbarer oder selbstverlöschender Materialien – inzwischen auch aktive Lösungen und zwar sowohl für das gesamte Gerät als auch für die einzelne Elektronikbaugruppe bzw. Leiterplatte. Diese kleinen Feuerlöschsysteme bekämpfen Brände aktiv und zwar solange sie noch klein sind und noch nicht auf die Umgebung des Brandherds übergegriffen haben.

Der geräteintegrierte Brandschutz kommt mit geringen Löschmittelmengen aus und benötigt daher vergleichsweise wenig Platz, da das Löschmittel unmittelbar dort vorgehalten wird, wo typischerweise die Brände entstehen, nämlich in:

• Netzteilen, direkt auf der Leiterplatte
• Schaltschränken
• Elektro- und Elektronikgeräten

Kleine Feuerlöschsysteme – überall platzierbar und wirksam – selbst auf Leiterplatten

Leiterplattenbaugruppe mit E-BulbAbhängig vom Einsatzort variiert die Größe des Löschmittelbehälters dieser kleinen Feuerlöschsysteme zwischen der eines kleinen Feuerlöschers bis hin zu Bauteilen, die nur wenig größer sind als eine 12 V-Gleichstromsicherung. Letztere eignen sich für die Montage auf Leiterplatten.

Sie arbeiten mit chemischen Löschmitteln, so dass dadurch auf den Produkten keine Rückstände verursacht werden. Zudem sind sie weder elektrisch leitend noch korrosiv, so dass auch Elektroniken praktisch nicht geschädigt werden. 

In höheren Dosen können die Löschmittel für Menschen allerdings ein Risiko darstellen. Aufgrund der geringen Mengen und des Einsatzes auf elektrischen Schaltungen bzw. Elektroniken, die in Schaltschränke oder Geräte verbaut sind, also durch ein Gehäuse abgeschlossen sind, werden Gesundheitsrisiken vermieden. Das Löschmittel wird am Entstehungsort des Brandes freigesetzt, wirkt in Sekundenbruchteilen bis wenigen Sekunden und wird anschließend durch die Luft aus der Umgebung verdünnt. Dass jemand durch das Löschmittel eines geräteintegrierten Brandschutzsystems geschädigt worden ist, ist unbekannt. 

Zunächst wurden geräteintegrierte Brandschutzsysteme vorwiegend in Schaltschränken und größeren Anlagen eingebaut. Nun kommen diese in immer mehr Anwendungen wie z. B. bei Großflächen-LED-Anzeigen in brandschutzkritischen Umgebungen wie Flughäfen, in Geräten der Medizin-, der Militär- und der Bahntechnik sowie auch in Industrie- und Haushaltsgeräten zum Einsatz. Ein geräteintegrierter Brandschutz mittels kleiner Feuerlöschsysteme kann heute in allen Arten von E-Geräten realisiert werden. Zur vorbeugenden Risikominimierung ist dies insbesondere bei den Geräten wichtig, die ständig an das Stromnetz angeschlossen sind, wie z. B. bei Computern, Routern, Telefonanlagen, Fernsehern und anderen smarten Geräten bis hin zu Kaffeemaschinen. Geräteintegrierte Brandschutzsysteme haben somit das Potential, zukünftig sowohl in privaten Haushalten als auch in der Industrie flächendeckend zum Einsatz zu kommen und so die Sicherheit weiter zu erhöhen.

Thermoampullen und feuerlöschende Sicherungen – die miniaturisierten Feuerlöscher für E-Geräte 

Die Lösung von JOB für den Schaltschrank ist die AMFE (Automatische Miniatur-Feuerlösch-Einheit bzw. Automatic Miniature Fire Extinguisher). E-Bulb der Größe 5 x 40 mm für die SMD-MontageDie AMFE besteht aus einem Auslösekopf mit einer thermosensitiven Ampulle, wie sie auch in Sprinkleranlagen verwendet wird und einem angeschlossenen Löschmittelzylinder. 

Sie funktioniert folgendermaßen: Durch die bei einem Brand steigende Temperatur bildet sich in der Thermoampulle ein Überdruck. Nach dem Erreichen einer definierten Temperatur platzt die Ampulle und löst dadurch einen Federmechanismus aus, der den (vorher verschlossenen) Zylinder öffnet. Das Löschmittel strömt aus und löscht den entstehenden Brand in wenigen Sekunden. 

Verschiedene Größen und Varianten der AMFE werden angeboten, z. B. mit Signalanschlüssen für Überwachungen und Meldungen. Die Miniatur-Feuerlöscheinheit AMFE ist MPA- und TÜV-geprüft und arbeitet autark. Sie kann auch in bestehende Systeme nachgerüstet werden.Die Lösung von JOB für Elektronikbaugruppen bzw. Netzteile ist die E-Bulb. Dies ist der kleinste Feuerlöscher der Welt. Die feuerlöschende Sicherung E-Bulb wird direkt auf der Leiterplatte montiert. Sie unterbricht im Brandfall irreversibel den Strom, löscht den Brand und verhindert das Wiederentzünden.Bodo Müller, Geschäftsführer der JOB-Gruppe Der Verein deutscher Sachversicherer (VdS) sowie UL haben die E-Bulb anerkannt.Die Löschsicherung E-Bulb ist eine mit der High-Tech-Flüssigkeit NOVEC von 3M gefüllte Mini-Glasampulle. NOVEC ist ein C6-Fluorketone mit der chemischen Formel CF3CF2C(O)CF(CF3)2. Es ist eine ungiftige, nichtleitende Löschflüssigkeit, die keine korrodierende Wirkung hat und keine Rückstände hinterlässt. Sie wird freigesetzt, wenn die Auslösetemperatur erreicht wird und dadurch die Thermoampulle zerplatzt.  Durch das Freisetzen des Inhaltes wird das Feuer gelöscht. NOVEC löscht durch Kühlung unter den Zündpunkt und dies erfolgt quasi schlagartig. Gleichzeitig wird durch das Zerplatzen der E-Bulb die Stromleitung über die Ampulle unterbrochen, so dass ein erneutes Entzünden verhindert wird. Die Glasoberfläche der E-Bulb ist elektrisch leitend beschichtet, so dass diese – im intakten Zustand – bei üblichen Netzspannungen Stromstärken von bis zu 16 A zulässt, was für viele Netzteile ausreicht.

Für die E-Bulb bietet JOB den Kunden Design-in-Support: Experten (Chemiker, Elektriker, Physiker) mit speziellem Know-how bieten umfassende Unterstützung inklusive Brandversuchen und geben Design-Hinweise (Einbaulage, Konvektion, Brandabschnitte). Damit steht dem Einstieg in den modernen Brandschutz auf Elektronikbaugruppen nichts entgegen. Brandschutz mit feuerlöschenden Sicherungen ist nun angesagt und wird bald auch bei Elektronikbaugruppen – zumindest für den Betrieb in kritischen Umgebungen – zu den Features gehören. -gk-

www.job-group.com