Brandfrüherkennung mit Wärmebildkamera in Recyclinganlagen

Hotspots erkennen, bevor es brennt

Brände in Recycling- und Abfallverwertungsanlagen entstehen häufig nicht schlagartig. Mechanische Reibung, überhitzte Maschinen, chemische Reaktionen, verdichtete Materialien oder beschädigte Lithium-Ionen-Akkus können zunächst einen örtlich begrenzten Temperaturanstieg verursachen.

Dieser Hotspot ist für Mitarbeitende und gewöhnliche Überwachungskameras unter Umständen noch nicht sichtbar. Rauch oder offene Flammen treten möglicherweise erst später auf. Eine stationäre Wärmebildkamera kann solche thermischen Auffälligkeiten kontinuierlich überwachen und dadurch zusätzliche Reaktionszeit schaffen.

Die thermische Brandfrüherkennung soll klassische Brandmelde- und Löschsysteme dabei nicht pauschal ersetzen. Sie ergänzt das Sicherheitskonzept um eine vorgelagerte Überwachungsebene: die Erkennung ungewöhnlicher Wärme, bevor sich daraus ein offener Brand entwickelt.

Warum ist das Brandrisiko in Recyclinganlagen besonders hoch?

In Recyclingbetrieben treffen große Mengen unterschiedlicher Materialien auf mechanisch und thermisch beanspruchte Prozesse. Zu den typischen Risikobereichen gehören:

• Abfallbunker und Materiallager
• Förderbänder und Übergabestellen
• Schredder, Pressen und Sortieranlagen
• Lagerbereiche für Batterien und Elektroaltgeräte
• Staubabsaugungen und Filteranlagen
• Motoren, Lagerstellen und Hydrauliksysteme
• Bereiche mit leicht entzündlichen Kunststoffen, Papier oder Gummi

Eine besondere Herausforderung sind falsch entsorgte Lithium-Ionen-Akkus. Beim Transport, Verdichten, Zerkleinern oder Sortieren können Batteriezellen beschädigt werden. Der Temperaturanstieg beginnt möglicherweise innerhalb eines Materialhaufens oder an einer schwer einsehbaren Stelle. Umgebende brennbare Materialien können anschließend eine schnelle Brandausbreitung begünstigen.

FLIR nennt für Abfall- und Recyclingstandorte unter anderem gemischte Materialhaufen, Batterien, heiße Maschinen, Rückstände und Hochtemperatur-Prozessbereiche als relevante Gefahrenquellen. Wärmebildsysteme können dabei Haufen, Fördertechnik, Maschinen und Lagerbereiche kontinuierlich auf ungewöhnliche Wärmeverteilungen überwachen.

Warum können Rauch- und Flammenmelder zu spät reagieren?

Konventionelle Brandschutzsysteme sind unverzichtbar. Rauchmelder, Flammenmelder, Sprinkleranlagen und weitere Sicherheitssysteme reagieren jedoch in der Regel auf Merkmale einer bereits begonnenen Verbrennung.

Bis Rauch einen Melder erreicht oder eine Flamme eindeutig erkannt wird, kann sich der Brandherd bereits vergrößert haben. In hohen Hallen, staubigen Bereichen oder weitläufigen Materiallagern kann sich diese Verzögerung zusätzlich auswirken.

Eine Wärmebildkamera verfolgt einen anderen Ansatz. Sie erkennt nicht erst Rauch oder Flammen, sondern misst die von sichtbaren Oberflächen ausgehende Infrarotstrahlung. Dadurch lassen sich ungewöhnliche Temperaturverteilungen und ansteigende Hotspots bereits vor einer sichtbaren Brandentwicklung erkennen.

Wie funktioniert die thermische Brandfrüherkennung?

Fest installierte radiometrische Wärmebildkameras erfassen kontinuierlich Temperaturinformationen innerhalb ihres Sichtfeldes. Für definierte Messbereiche können beispielsweise maximale, minimale oder durchschnittliche Temperaturen ausgewertet werden.

Je nach Kamera, Software und Anlagenkonzept können verschiedene Alarmkriterien eingerichtet werden:

• Überschreitung eines festen Temperaturgrenzwerts
• ungewöhnlich schneller Temperaturanstieg
• Abweichung gegenüber angrenzenden Bereichen
• zeitabhängige Alarmbedingungen
• unterschiedliche Grenzwerte für einzelne Messzonen
• Voralarm und Hauptalarm
• Alarmunterdrückung bei bekannten betrieblichen Wärmequellen

Die Kamera kann einen Hotspot lokalisieren und anschließend ein Signal an eine Leitwarte, SPS, Alarmanlage oder übergeordnete Software übertragen. Moderne FLIR Systeme unterstützen mehrere Messbereiche und können Temperaturwerte sowie Alarmzustände direkt auf Kameraebene auswerten.

Vom Hotspot zur gezielten Reaktion

Die Erkennung einer erhöhten Temperatur ist nur der erste Schritt. Entscheidend ist, welche Maßnahmen anschließend ausgelöst werden.

Ein geschlossenes System zur Brandfrüherkennung kann aus vier Stufen bestehen:

1. Kontinuierliche Überwachung

Eine oder mehrere Wärmebildkameras beobachten definierte Risikobereiche rund um die Uhr. Die Montageposition und das verwendete Objektiv müssen so gewählt werden, dass die relevanten Flächen möglichst vollständig erfasst werden.

2. Frühzeitige Erkennung

Die Kamera oder Auswertungssoftware erkennt ungewöhnliche Temperaturwerte beziehungsweise thermische Veränderungen außerhalb des normalen Betriebszustands.

3. Räumliche Lokalisierung

Das System bestimmt, in welchem Messbereich sich der Hotspot befindet. Bei entsprechend geplanten Anlagen können Positionsdaten an weitere Systeme übergeben werden.

4. Definierte Reaktion

Abhängig vom Sicherheitskonzept kann das System:

• einen Voralarm an das Bedienpersonal senden
• einen Hauptalarm auslösen
• ein Förderband oder eine Maschine stoppen
• betroffenes Material isolieren
• eine Kameraansicht in der Leitwarte öffnen
• eine Kühlung aktivieren
• eine gezielte Lösch- oder Reaktionseinheit ansteuern
• eine betriebliche oder externe Einsatzkette auslösen

Die Kombination aus Überwachung, Erkennung, Lokalisierung und Reaktion bildet einen geschlossenen Prozess. Dadurch wird nicht nur ein Alarm erzeugt. Das System stellt zusätzlich Informationen bereit, mit denen die Ursache möglichst früh und örtlich begrenzt behandelt werden kann.

Praxis-Checkliste: Was muss bei der Planung beachtet werden?

Eine Wärmebildkamera allein ergibt noch kein zuverlässiges Brandfrüherkennungssystem. Für die Planung sollten mindestens die folgenden Punkte betrachtet werden.

1. Welche Bereiche müssen überwacht werden?

Zunächst müssen die tatsächlichen Risikozonen definiert werden. Dazu gehören nicht nur große Materialhaufen. Auch Übergabepunkte, Maschinenlager, Motoren, Schredder, Förderbänder und elektrische Komponenten können relevante Wärmequellen darstellen.

Die Kamera sollte nicht allein nach der Hallengröße ausgewählt werden. Entscheidend ist, wie groß das kleinste zu erkennende thermische Ereignis aus der vorgesehenen Messentfernung im Wärmebild erscheint.

2. Ist das gesamte Messfeld sichtbar?

Wärmebildkameras messen die Wärmestrahlung sichtbarer Oberflächen. Sie können nicht durch feste Materialien hindurchsehen. Ein tief innerhalb eines Materialhaufens entstehender Hotspot wird daher möglicherweise erst erkannt, wenn sich die Wärme bis zur sichtbaren Oberfläche ausgebreitet hat.

Maschinen, Stahlträger, Fahrzeuge oder hohe Materialberge können Teile des Überwachungsbereichs verdecken. Je nach Anlage können mehrere Kamerapositionen oder schwenkbare Systeme erforderlich sein.

3. Welche thermische Auflösung wird benötigt?

Mit zunehmender Entfernung verteilt sich ein kleines Objekt auf weniger Detektorpixel. Für eine belastbare Erkennung sollte ein relevanter Hotspot daher nicht nur einen einzelnen Pixel belegen.

Für die Auswahl sind insbesondere wichtig:

• Messentfernung
• Größe des kleinsten relevanten Hotspots
• Kameraauflösung
• verwendetes Objektiv
• horizontales und vertikales Sichtfeld
• erforderliche Messgenauigkeit
• Montagehöhe und Blickwinkel

Eine geometrische Vorprüfung mit einem Sichtfeld- beziehungsweise Messfleckrechner hilft dabei, ungeeignete Kamera-Objektiv-Kombinationen frühzeitig auszuschließen.

4. Welche Oberflächen werden gemessen?

Wärmebildkameras erfassen Infrarotstrahlung. Das Messergebnis wird unter anderem vom Emissionsgrad der Oberfläche und von reflektierter Umgebungsstrahlung beeinflusst.

Papier, Kunststoffe, organische Materialien und viele matte Oberflächen besitzen meist günstigere thermografische Eigenschaften als blankes Metall. Glänzende Metallteile können Wärmestrahlung aus der Umgebung reflektieren und dadurch scheinbar hohe oder niedrige Temperaturen anzeigen.

Alarmgrenzen sollten deshalb nicht ohne vorherige Prüfung aus theoretischen Zündtemperaturen abgeleitet werden. Sinnvoll sind Messungen unter realen Betriebsbedingungen und eine dokumentierte Bewertung typischer Wärmequellen.

5. Wie werden normale Wärmequellen behandelt?

Heiße Motoren, Abgasbereiche, Schweißarbeiten, Sonneneinstrahlung oder frisch angeliefertes warmes Material können thermische Alarme verursachen, obwohl keine akute Brandgefahr besteht.

Eine geeignete Alarmstrategie kann deshalb mehrere Kriterien verbinden:

• unterschiedliche Messzonen
• anlagenspezifische Grenzwerte
• zeitliche Verzögerungen
• Temperaturanstiegsraten
• Freigabesignale aus der Anlagensteuerung
• Ausschlussbereiche für bekannte Wärmequellen
• Prüfung durch eine zweite Kamera oder das Bedienpersonal

Das Ziel ist nicht der niedrigstmögliche Grenzwert, sondern eine möglichst frühe und gleichzeitig belastbare Warnung.

6. Was geschieht nach einem Alarm?

Vor der Inbetriebnahme muss feststehen, wie auf einen Voralarm und einen Hauptalarm reagiert wird. Eine unklare Alarmmeldung ohne definierte Handlungskette liefert nur begrenzten Nutzen.

Zu klären sind beispielsweise:

• Wer erhält die Meldung?
• Wie wird der Alarm verifiziert?
• Welche Anlage wird automatisch gestoppt?
• Darf Material weiterhin bewegt werden?
• Wann wird eine Kühlung oder Löschung ausgelöst?
• Welche manuellen Eingriffe sind zulässig?
• Wann werden Feuerwehr oder externe Stellen verständigt?
• Wie werden Alarme und Maßnahmen dokumentiert?

Automatische Lösch- oder Kühlmaßnahmen müssen gemeinsam mit Brandschutzplanung, Anlagenbau, Versicherer und zuständigen Fachstellen ausgelegt werden.

7. Wie wird die Verfügbarkeit sichergestellt?

Recyclinganlagen stellen hohe Anforderungen an Kameras und Schutzgehäuse. Staub, Feuchtigkeit, Vibrationen, Verschmutzungen und wechselnde Temperaturen können die Messung beeinflussen.

Zum Betriebskonzept sollten daher gehören:

• regelmäßige Kontrolle des Kamerabildes
• Reinigung von Schutzfenstern und Optiken
• Prüfung der Netzwerk- und Spannungsversorgung
• Funktionstest der Alarmausgänge
• regelmäßiger Test der gesamten Alarmkette
• dokumentierte Überprüfung der Messzonen
• kontrollierte Anpassung der Grenzwerte bei Prozessänderungen

Welche Vorteile bietet die thermische Brandfrüherkennung?

Ein sinnvoll geplantes System kann nicht nur den Brandschutz unterstützen. Es kann auch betriebliche Vorteile schaffen.

Mehr Reaktionszeit

Eine thermische Auffälligkeit kann erkannt werden, bevor Rauch oder Flammen sichtbar werden. Dadurch bleibt unter Umständen mehr Zeit, den Prozess zu stoppen oder betroffenes Material zu isolieren.

Präzise Lokalisierung

Die Kamera zeigt, in welchem Bereich die erhöhte Temperatur auftritt. Mitarbeitende müssen einen Brandherd nicht ausschließlich anhand von Rauchentwicklung oder Geruch suchen.

Gezieltere Maßnahmen

Ist die Position des Hotspots bekannt, können Kühlung, Materialbewegung oder Löschmaßnahmen auf den betroffenen Bereich konzentriert werden.

Geringere Gefährdung von Mitarbeitenden

Das Bedienpersonal erhält zunächst ein thermisches Lagebild und muss sich nicht ohne Informationen einer möglicherweise gefährlichen Stelle nähern.

Dokumentation

Temperaturdaten, Wärmebilder und Alarmereignisse können zur technischen Analyse sowie zur Dokumentation von Sicherheitsmaßnahmen verwendet werden.

Reduzierung möglicher Stillstandszeiten

Wird eine kritische Erwärmung rechtzeitig beherrscht, lassen sich unter Umständen größere Sachschäden und längere Produktionsunterbrechungen vermeiden. Diese Vorteile werden auch in der zugrunde liegenden industriellen Anwendung beschrieben.

Welche FLIR Wärmebildkameras kommen infrage?

Für eine kontinuierliche Brandfrüherkennung werden in der Regel fest installierte radiometrische Wärmebildkameras eingesetzt. Abhängig von Messaufgabe und Umgebung können beispielsweise folgende FLIR Produktgruppen betrachtet werden:

• FLIR A50 und A70 Smart Sensor
• FLIR A400, A500 und A700 Smart Sensor
• FLIR A500f und A700f mit robustem Schutzgehäuse
• schwenk- und neigbare thermische Systeme für große Flächen
• kompakte Wärmebildsensoren für einzelne Maschinen oder Anlagenteile

FLIR führt unter anderem die A50/A70 sowie A500f/A700f als mögliche Lösungen für Anwendungen in der Abfall- und Recyclingwirtschaft auf. Die konkrete Auswahl hängt jedoch von Messentfernung, Sichtfeld, Auflösung, Temperaturbereich, Schnittstellen und Umgebungsbedingungen ab.

Grenzen der thermischen Brandfrüherkennung

Wärmebildtechnik bietet einen wichtigen zusätzlichen Informationskanal, ist aber keine Garantie dafür, dass jeder entstehende Brand verhindert wird.

Bei der Bewertung müssen insbesondere folgende Grenzen berücksichtigt werden:

• Es werden sichtbare Oberflächen gemessen.
• Verdeckte Bereiche können nicht direkt überwacht werden.
• Kleine Hotspots benötigen aus großer Entfernung ausreichend Detektorpixel.
• Reflektierende Oberflächen können Messwerte verfälschen.
• Verschmutzte Optiken oder Schutzfenster können die Bildqualität beeinträchtigen.
• Ungeeignete Alarmgrenzen können zu verspäteten Meldungen oder Fehlalarmen führen.
• Eine automatische Reaktion erfordert eine sicherheitstechnisch geprüfte Systemintegration.

Die thermische Überwachung sollte daher als Teil eines mehrstufigen Brandschutzkonzepts geplant werden. Bestehende Rauch-, Flammen-, Alarm- und Löschsysteme bleiben wichtige Bestandteile der Gesamtstrategie.

Fazit

Bei vielen Industriebränden entsteht messbare Wärme, bevor Rauch oder Flammen sichtbar werden. Stationäre Wärmebildkameras können diese thermische Lücke schließen: Sie überwachen Risikobereiche kontinuierlich, erkennen ungewöhnliche Temperaturmuster und liefern Informationen über die Lage eines Hotspots.

Der größte Nutzen entsteht, wenn die Kamera nicht isoliert betrachtet wird. Erst die Verbindung aus geeigneter Optik, belastbarer Alarmstrategie, Anlagenintegration und definierter Reaktion macht aus einer Wärmebildkamera ein wirksames System zur Brandfrüherkennung.

TOPA unterstützt Unternehmen bei der Auswahl geeigneter FLIR Wärmebildkameras, Objektive und Schnittstellen für stationäre Überwachungsaufgaben. Für die Auslegung werden insbesondere Messentfernung, zu überwachende Fläche, kleinster relevanter Hotspot, Umgebungsbedingungen und gewünschte Systemintegration benötigt.

Häufige Fragen zur Brandfrüherkennung mit Wärmebildkameras