Ein Rauchmelder, der Brandquellen bereits vor Ausbruch des Brandes ?erschnüffeln“ kann: Damit hat ein Team um das Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universit?t jetzt einen Preis bei einem bedeutenden Ideenwettbewerb gewonnen.
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 M?dler vom Institut für Werkstofftechnik (IWT) der Universit?t Bremen und Dr. Nicolae Bársan vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universit?t Tübingen. Es wurde nun bei der Preisverleihung in Berlin dafür ausgezeichnet. Verbunden mit dem Sieg ist auch eine finanzielle F?rderung des Projekts. ?Insgesamt waren 153 Vorschl?ge 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 ?hnlich emittiert jeder Stoff, wenn er überhitzt ist, gasf?rmige Stoffe, die durch neuartige halbleitende Metall-Oxid Schichten detektiert werden k?nnen“, erkl?rt Christian Eigenbrod.
Was die Halbleiter dabei detektieren, was kritisch und was unkritisch ist, müssen sie über Machine-Learning-Routinen beigebracht bekommen. Die Schichten ?ndern ihren Widerstand nicht nur aufgrund spezieller Luft-Inhaltsstoffe, sondern auch aufgrund der allgemein ver?nderten Atmosph?renzusammensetzung. Dabei spielen nicht nur zus?tzlich emittierte Stoffe eine Rolle, sondern auch das, was stattdessen weniger vorhanden ist. Nach entsprechendem Training gibt es kaum einen gasf?rmigen 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 Ger?ten zur ?berwachung der Raumluftqualit?t Anwendung. Dabei geht es beispielsweise um CO2, CO oder Formaldehyd, welches aus M?beln ausgasen kann. Aber auch eigene Sensoren k?nnen 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 Universit?t Tübingen und der ETH Zürich, um zu versuchen, neuartige Sensoren unter Mikrogravitationsbedingungen herzustellen. Bei der Herstellung werden die Schichten aus einer sehr hei?en Spray-Flamme auf einem Substrat abgeschieden. Dabei liefert die Flamme die ben?tigten hohen Temperaturen. Die Flüssigkeit, die in Form eines brennbaren Sprays in die Flamme gebracht wird, enth?lt die Ausgangsstoffe für die Halbleiterschicht.
Das Standard-Verfahren hei?t ?Flame Spray Pyrolysis“ (FSP). Es zeigte sich, dass die ben?tigten 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 k?nnen.
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 k?nnen 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 h?ufigen Fehlalarmen führt. Auch wurde klar, dass klassische Rauchmelder auf einer Mondstation bei allgegenw?rtigem feinstem Regolith-Staub kaum eine Chance auf zuverl?ssige Funktion haben. Darüber hinaus alarmieren Rauchmelder grunds?tzlich erst dann, wenn es im Prinzip schon zu sp?t ist.
Also wurde der Kontakt nach Tübingen wieder aufgegriffen und nachgefragt, ob die Halbleitersensoren in der Lage sein k?nnten, Ausgasungen zu detektieren, die aus überhitzten Kunststoffen vielleicht schon vor deren Entzündung stammen. Diese Frage wurde ohne Einschr?nkungen 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 F?rderungen bis zu 400.000 � bereitgestellt. Nach einer erfolgreichen ersten Projektphase k?nnte ein erster Prototyp des Systems entwickelt werden, der beispielsweise auf der ISS getestet werden k?nnte.
Fragen beantwortet:
Christian Eigenbrod
Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM)
Universit?t Bremen
Telefon +49 421 218-57780
E-Mail: christian.eigenbrodprotect me ?!zarm.uni-bremenprotect me ?!.de
