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Infrarotmesstechnik für den Brandschutz - Brände frühzeitig erkennen

Beim Brandschutz ist Geschwindigkeit das Maß aller Dinge. Und das gilt nicht nur für die Brandbekämpfung an sich. Je schneller ein entstehender Brand erkannt wird, umso größer sind die Chancen, den Schaden durch rechtzeitige Gegenmaßnahmen gering zu halten. Die Infrarotmesstechnik bietet eine Möglichkeit, mit der sich Brände sehr frühzeitig erkennen lassen. Die IRIS GmbH, die solche Systeme realisiert, setzt dazu auf Infrarotkameras von Optris.

Jeder Körper mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt (-273,15 °C) sendet an der Oberfläche die sogenannte Eigenstrahlung aus, eine seiner Eigentemperatur proportionale, elektromagnetische Strahlung. Ein Teil dieser Strahlung ist Infrarotstrahlung, die zur Temperaturmessung verwendet werden kann. Mit moderner Sensortechnik lassen sich Kameras realisieren, die aufgrund ihrer hohen thermischen Empfindlichkeit von 40 mK, die Detektion von minimalen Temperaturunterschieden ermöglichen. Statt eines Bildes des Körpers, wie es auch das menschliche Auge erfasst, erzeugen diese jedoch ein Wärmebild, bei dem für jeden Bildpunkt eine Temperatur bestimmt wird. Eine Falschfarbendarstellung eines solchen Wärmebilds ist in vielen Anwendungen hilfreich – von industriellen Prozesskontrollen bis zu Instandhaltungen in elektrotechnischen Anlagen, in denen sich Fehler durch hohe Temperaturen an Kontakten ankündigen.

Brandfrüherkennung mit Infrarotkameras

Ein spezielles System zur Brandfrüherkennung entwickelt die IRIS GmbH – welches sehr erfolgreich eingesetzt wird. Das Unternehmen mit Standorten in Lüneburg und Wülfrath ist bereits seit 28 Jahren in der industriellen Messtechnik tätig und bietet ein umfangreiches Portfolio an messtechnischen Produkten verschiedener Hersteller. Unter anderem zählt die berührungslose Temperaturmessung durch Infrarotmesstechnik zu den Schwerpunkten. In diesem Bereich besteht eine langjährige Beziehung zur Optris GmbH, deren Produkte das Unternehmen bereits seit 2003 vertreibt.

Für den Brandschutz hat die Infrarotmesstechnik spezielle Vorteile, wie Kirsten Köhn, Geschäftsführerin bei IRIS erklärt: „Brände lassen sich mit dieser Methode sehr frühzeitig detektieren, indem eine Temperaturschwelle verwendet wird, die noch unterhalb der Zündtemperatur liegt.“ Auf diese Weise lässt sich ein möglicher Brand schon vor der eigentlichen Entstehung aufgrund der ansteigenden Temperatur erkennen. Das von dem Unternehmen entwickelte System IRIScan FS, das auf einer industriell erprobten Infrarotkamera von Optris basiert, arbeitet genau nach diesem Prinzip. Die zum System gehörende Software IRISvisual wertet die Wärmebilder aus und lokalisiert in Echtzeit eine thermische Gefahrenquelle.

Innerhalb des Bildausschnitts wird dazu die jeweils höchste Temperatur ermittelt. Übersteigt diese den voreingestellten Schwellwert, löst das System eine Warnung oder einen Alarm aus. „Unser System arbeitet mit mehrstufig einstellbaren Warn- und Alarmschwellen“, sagt Köhn: „Je nach Anwendungsfall wird bereits bei einer Temperatur von 70 oder 80 Grad Celsius eine erste Warnung ausgelöst.“

Der Anwender kann dann auf dem Infrarotbild sehr schnell die entsprechende Stelle lokalisieren und überprüfen. In vielen Fällen kann so die Entstehung eines Brandes noch rechtzeitig verhindert werden.

Die ersten Anwendungen dieser Lösung zur Brandfrüherkennung hat IRIS für Müllbunker realisiert. „Das war sozusagen der Ursprung unseres Geschäfts in diesem Bereich“, erinnert sich Kirsten Köhn. Weitere typische Anwendungsgebiete des Systems finden sich zum Beispiel in Lagern in der Papier-, Reifen- und Textilindustrie, Recyclinganlagen oder Biomasseanlagen. IRIS hat auch schon ein IRIScan FS zur Überwachung einer Tunnelanlage installiert. Generell lässt sich das System in vielen Bereichen einsetzen, in denen herkömmliche Methoden der Branddetektion nicht möglich sind. So stellen auch eine hohe Belastung der Umgebungsluft durch Rauch oder Staub kein Problem für die Methode dar, da durch den Einsatz von Freiblasvorsätzen für raue Umgebungen, die Optik der Infrarotkamera auf effektive Weise sauber gehalten werden kann.

Bedienerfreundliches System

Müllbunker, Copyright: © AdobeStock / zlikovec
Müllbunker, Copyright: © AdobeStock / zlikovec

Das Brandfrüherkennungssystem IRIScan FS ist modular aufgebaut und zeichnet sich durch eine hohe Bedienerfreundlichkeit aus. In der IRISvisual-Software, die sämtliche Funktionen steuert, lassen sich beispielsweise verschiedene Alarmierungsstufen flexibel an die jeweiligen Anforderungen anpassen. Neben der oben genannten Temperaturschwelle für die Ausgabe einer ersten Warnung sind auch weitere Schwellen möglich, bei deren Überschreitung dann etwa der Betriebsleiter direkt die Werksfeuerwehr alarmieren kann.
Sobald die Software die Überschreitung einer kritischen Temperaturschwelle erkennt, wird dem Anwender die Alarmierung visuell und akustisch direkt am PC angezeigt. Gleichzeitig protokolliert die Software die aktuellen Infrarotbilder bzw. -Videos. Das System kann flexibel an die Kundenbedürfnisse angepasst werden: So können Alarm- und Statusinformationen beispielsweise vor Ort, im Leitstand, über ein Netzwerk oder per E-Mail bzw. SMS gemeldet werden.
Je nach Ausbaustufe kommen nur eine oder gleich mehrere Infrarotkameras zum Einsatz. Diese sind, wenn sie einen größeren Bereich überwachen sollen, auf einen Schwenk-Neige-Kopf montiert. Dieser tastet dann systematisch den gesamten Überwachungsbereich ab. Die Software setzt die beim Schwenk aufgenommenen Bilder anschließend zu einem Gesamtbild zusammen. Optional kann das System auch mit einer zusätzlichen Farb-CCD-Kamera ausgerüstet werden, die ein herkömmliches Videobild aufzeichnet. Auf diese Weise lässt sich im Alarmfall der Bereich, an dem die erhöhte Temperatur gemessen wurde, leichter identifizieren. Vom Steuerrechner aus kann der Anwender den Schwenk-Neige-Kopf auch manuell steuern, um sich etwa einen Bereich genauer anzuschauen.

Zuverlässige Infrarotkameras als Schlüsselkomponente

Neben der intelligenten und flexiblen Software stellen die verwendeten Infrarotkameras den Kern des IRIScan FS-Systems dar. Zum Einsatz kommen hierfür generell Infrarotkameras des deutschen Herstellers Optris. Die Anbindung der Infrarotkameras von Optris an die übergeordnete Hardware und den Steuerrechner ist über die integrierte USB-Schnittstelle völlig problemlos möglich. Für die Überbrückung von Strecken von weit mehr als 20 Metern zwischen PC und einer Wärmebildkamera wird ein USB-Server mit nachfolgender Ethernet Verbindung verwendet. Je nach Anforderungen der jeweiligen Anlage wählt IRIS die passenden Infrarotkameras aus. „Bei Optris haben wir ein sehr großes Spektrum verschiedener Geräte, so dass wir jeweils die optimale Auflösung und das passende Objektiv auswählen können“, nennt Kirsten Köhn einen Vorteil des Anbieters. Auch das Zubehör bezieht IRIS direkt vom Hersteller. Je nach Umgebungsbedingungen werden die Infrarotkameras mit einem Wetterschutzgehäuse oder auch einem Kühlgehäuse ausgestattet. Da die Infrarotkameras sehr kompakt sind, lassen sie sich einfach in die Anwendung integrieren. Ein weiteres wichtiges Kriterium bei der Auswahl ist nach Aussage von Köhn die Zuverlässigkeit: Bei Optris sind wir von der Qualität überzeugt – Ausfälle hatten wir in der Vergangenheit nur sehr selten.“ Dadurch sind Serviceeinsätze bei den installierten IRIScan FS-Systemen entsprechend selten notwendig. „Insgesamt haben wir in der Zusammenarbeit mit Optris, die noch dazu ein unschlagbares Preis-Leistungs-Verhältnis bieten, immer positive Erfahrungen gemacht“, fasst Kirsten Köhn zusammen.

Software IRISvisual
Mit der flexiblen Software IRISvisual können die Parameter, wie z.B. die Temperaturschwellen, sehr einfach eingestellt werden. Bei Überschreitung der mehrstufigen Temperaturschwellen löst das System automatisch den entsprechenden Alarm aus.

Weiterentwicklungen des Systems

Mit den aktuell bestehenden Funktionen des Brandfrüherkennungs-Systems gibt sich IRIS nicht zufrieden. So wird beispielsweise die Software ständig weiterentwickelt. Seit der letzten Weiterentwicklung ist eine Objekterkennung integriert. Die häufigsten Fehlalarme resultieren nämlich aus den heißen Teilen eines Fahrzeugs – etwa dem Auspuff eines Gabelstaplers. Die Objekterkennung kann in der aktuellen Version den Gabelstapler identifizieren und sorgt dafür, dass der Alarm nicht ausgelöst wird. Mit solchen und weiteren neuen Funktionen will IRIS die Anwendung des Systems noch einfacher machen und auf weitere Felder ausdehnen.

Autoren

 

Dipl.-Bw. Kirsten Köhn, CEO IRIS GmbH

in Kooperation mit

Dipl.-Ing. Torsten Czech, Optris GmbH
Head of Product Management

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Maik Lippe

Dipl.-Ing. Maik Lippe

Tel.: 030 / 500 197-0
Fax: 030 / 500 197-10
E-Mail: maik.lippe@optris.com

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