Prüfung der Flammschutzwirkung eines Hitzdrahtzündungsprüfgeräts

Abstract
Die Überhitzung von Heizelementen wie Widerstandsdrähten und Motorwicklungen während des Betriebs elektrischer Geräte führt zu einer kontinuierlichen Übertragung hoher Temperaturen und zur Entzündung umgebender fester, isolierender und brennbarer Materialien. Solche Brände durch Wärmeleitung ohne offene Flamme lassen sich nicht mit der Nadelflammenprüfung bewerten; stattdessen ist eine spezielle Heißdrahtzündprüfung erforderlich, um die thermische Entzündungsbeständigkeit der Materialien zu quantifizieren. LISUN RSY-LT Anhand eines Heißdrahtzündprüfgeräts als Forschungsobjekt werden in diesem Beitrag die Unterschiede zwischen Heißdrahtzündprüfung und Nadelflammenprüfung aufgezeigt. Die technischen Kernvorteile des Geräts, das auf standardisierten Nichrom-Heißdrähten für präzise Temperaturregelung, konstante Zugbelastung und automatische Zeitmessung basiert, werden analysiert. In Übereinstimmung mit nationalen und internationalen Normen wie IEC TS 60695-2-20 und GB/T 14048.1 wird erläutert, dass das Gerät die Heißdrahtzündtemperatur (HWIT) und den Heißdraht-Entflammbarkeitsindex (HWFI) von Materialien präzise bestimmen kann. Dadurch wird die Einschränkung der Nadelflammenprüfung, die lediglich die Flammeneinwirkung simuliert, überwunden. Anhand von Anwendungsszenarien aus vier wichtigen Branchen – Elektrotechnik, Haushaltsgeräte, neue Energien und Werkstoffe – werden die Anwendungsbereiche des Heißdrahtzündprüfgeräts und der Nadelflammenprüfung verglichen. Die Zuverlässigkeit der Daten wird demonstriert. RSY-LT bei der Materialauswahl, der Entwicklung von Brandschutzkonzepten für Produkte und der Zertifizierung nach internationalen Standards sowie als Referenz für die Geräteauswahl für Prüflaboratorien und Hersteller zum Aufbau eines kompletten Flammschutzprüfsystems. 

Einführung

Elektrische Brände lassen sich in zwei Kategorien unterteilen: Flammenzündung und flammenlose Hochtemperatur-Leitungszündung. Die Nadelflammenprüfung simuliert mit einer standardisierten Butannadelflamme die durch Kurzschlüsse entstehenden kleinen offenen Flammen an brennenden Prüfkörpern. Sie kann jedoch nur die Widerstandsfähigkeit von Materialien gegen kurzzeitige Flammeneinwirkung bewerten und bildet nicht die Brandgefahren ab, die durch langfristige Überlastung und kontinuierliche Wärmeleitung von Motorwicklungen und Leistungswiderständen entstehen. In Niederspannungsgeräten, Akkus und Heizgeräten sind die kontinuierliche Wärmeentwicklung von Widerstandsspulen und das langsame Eindringen von Wärme in isolierende Teile häufige Brandursachen. Die entsprechende Prüfmethode ist die Glühdrahtzündung, für deren Durchführung standardisierter Tests ein spezielles Glühdrahtzündungsprüfgerät erforderlich ist.

Die aktuelle Norm IEC TS 60695-2-20:2024 legt die vollständigen Prüfverfahren für die Heißdrahtzündung (HWI) fest und definiert verbindliche Anforderungen an das Heißdrahtmaterial, die Heizleistung, die Wicklungsspannung, die Prüfdauer und die Abmessungen der Probe. Herkömmliche einfache Heißdrahtprüfgeräte basieren auf manueller Drahtwicklung und manueller Temperaturregelung. Schwankungen in Spannung und Heizleistung führen zu stark abweichenden HWIT- und HWFI-Prüfdaten, sodass keine qualifizierten Zertifizierungsberichte ausgestellt werden können. Das Nadelflammenprüfverfahren folgt GB/T 5169.5 und IEC 60695-11-5. Diese beiden Prüfverfahren unterscheiden sich grundlegend in der Form der Wärmequelle, der Prüflogik und den Beurteilungskriterien. Unternehmen, die Flammschutzprüfungen durchführen, benötigen sowohl ein Heißdrahtzündungsprüfgerät als auch ein Nadelflammenprüfgerät, um alle simulierten Brandrisikoszenarien abzudecken.

LISUN entwickelt die RSY-LT Glühdrahtzündungsprüfgerät. Es integriert ein Glühdraht-Heizsystem, einen Konstantspannungs-Wickelmechanismus und ein automatisches Verbrennungsüberwachungsmodul. Der vollautomatische Betrieb schließt manuelle Fehler aus. Das Gerät kann die in Normen festgelegten Glühdraht-Arbeitsbedingungen präzise reproduzieren und die beiden Kernindikatoren HWIT und HWFI zuverlässig messen. Zusammen mit der Nadelflammenprüfung bildet es ein komplementäres Prüfsystem und erfüllt die Prüfanforderungen für alle Arten von festen brennbaren Materialien von Forschungsinstituten, externen Prüflaboratorien und Herstellern.

RSY-LT Heißdrahtzündungstester

Prüfstandardsystem und Szenariounterscheidung von der Nadelflammenprüfung

Angepasst an nationale und internationale maßgebliche Standards RSY-LT Hitzdrahtzündungstester
Die Hardwarestruktur und das Steuerungsprogramm von RSY-LT Die Spezifikationen für Heißdrahtzündungen werden vollständig erfüllt und decken Sicherheitsanforderungen in verschiedenen Bereichen wie Niederspannungs-Frequenzumwandlung, neuen Energien und Polymerwerkstoffen ab. Die Liste der anwendbaren Normen ist in Tabelle 1 dargestellt.

Der Vergleich zeigt, dass die Nadelflammenprüfung lediglich die Brandgefahren durch offene Flammen erfasst und die durch langfristige, flammenlose Wärmeleitung verursachten, versteckten Zündgefahren nicht bewerten kann. Eine vollständige Brandschutzbewertung des Produkts muss daher durch Glühdrahtzündungsprüfungen mit einem Glühdrahtzündungsprüfgerät ergänzt werden.

Standardisierte Kernhardwareparameter von RSY-LT Hitzdrahtzündungstester

Alle Baugruppen von RSY-LT Die in IEC TS 60695-20 festgelegten obligatorischen Indikatoren werden strikt eingehalten. Alle Parameter können kontrolliert und kalibriert werden, um durch manuelle Bedienung verursachte Abweichungen in Spannung, Leistung und Dauer zu vermeiden. Die Kernspezifikationen lauten wie folgt:

• Heißdrahtanordnung: φ0.5 mm Ni80/Cr20-Legierungsdraht, Gesamtlänge 250 ± 5 mm, Wärmewiderstand 5.28 Ω/m, stabile Heizleistung 0.26 W/mm ± 4 %. Ein integriertes automatisches Vorglühprogramm ist vorhanden; das Standardglühen dauert 8–12 Sekunden, um Verformungen des Heißdrahts zu vermeiden und eine gleichmäßige Wärmeerzeugung bei jedem Test zu gewährleisten.

• Wickel- und Drucksystem: Elektrischer Konstantspannungsmechanismus mit einer stabilen Wickelspannung von 5.4 ± 0.05 N, Spulenabstand von 6.3 ± 0.2 mm bei 5 Windungen, entspricht vollständig den Standard-Wickelabmessungen. Dadurch werden Abweichungen in der Wärmeleitung aufgrund ungleichmäßiger Wicklungsspannung bei manueller Wicklung vermieden. Diese spezielle Kernstruktur ist beim Nadelflammentest nicht erforderlich.

• Zeit- und Verbrennungsüberwachung: Vollautomatische Zeitsteuerung per SPS; die Testdauer ist zwischen 1 und 999.9 Sekunden frei einstellbar (Standarddauer: 120 Sekunden). Ausgestattet mit einem optischen Flammenerfassungsmodul zur automatischen Aufzeichnung des Zündzeitpunkts und der kontinuierlichen Verbrennungsdauer. Die Daten werden in Echtzeit auf dem Touchscreen gespeichert, ohne manuelle visuelle Aufzeichnung. Dadurch werden Beobachtungsverzögerungen und Fehler im Vergleich zur manuellen Bedienung beim Nadelflammentest deutlich reduziert.

• Probe und Gehäuse: Kompatibel mit drei Standardprobentypen (125 × 13 mm, Dicke 0.75 mm, 1.5 mm und 3 mm). Die geschlossene Brennkammer hat ein Volumen von ≥ 0.5 m³, um Luftströmungsstörungen zu vermeiden und die Umgebung für die Flammenbeobachtung zu stabilisieren. Sie basiert auf dem gleichen geschlossenen Gehäusekonzept wie Nadelflammenprüfgeräte, ist jedoch mit einer exklusiven internen Wickelvorrichtung ausgestattet.

• Betriebssystem: Eigenentwickelter, großer LCD-Touchscreen mit drahtloser Fernbedienung für duale Bedienung. Bediener können Tests während Hochtemperaturprüfungen ferngesteuert starten und stoppen, um Verbrennungsgefahren zu vermeiden. Das Maschinengehäuse besteht aus hochtemperaturbeschichtetem Stahl und ist auch nach Langzeittests bei hohen Temperaturen korrosions- und verformungsfrei.

Intelligente Vorteile von RSY-LT Hitzdrahtzündungstester

Die geschlossene Regelung der Heißdraht-Leistungsaufnahme gewährleistet stabile HWIT- und HWFI-Daten.
Das Nadelflammenprüfverfahren erfordert lediglich eine stabile Flammenform, während die Heißdrahtprüfung eine extrem geringe Toleranz gegenüber der Heizleistung aufweist. Leistungsschwankungen verändern die kritische Zündtemperatur direkt. Ausgestattet mit einem geschlossenen Leistungsregelungsmodul, RSY-LT Das System kompensiert in Echtzeit Heißdrahttemperaturschwankungen, die durch Spannungsschwankungen verursacht werden. Vor jedem Test kann die Heißdrahtglühkalibrierung mit nur einem Klick durchgeführt werden, und die Leistungskurven werden automatisch archiviert. Die Testdaten können ohne wiederholte Tests direkt für UL- und IEC-Zertifizierungsberichte verwendet werden.

Elektrische Konstantspannungswicklung eliminiert systematische Fehler der manuellen Wicklung
Die Nadelflammenprüfung erfordert kein Aufwickeln der Probe, daher ist eine Spannungsregelung überflüssig. Glühdrahtzündprüfungen hingegen setzen einen engen Kontakt zwischen Glühdraht und Probe voraus. Spannungsabweichungen beim manuellen Aufwickeln führen zu ungleichmäßigen Wärmeleitungsflächen. Der elektrische Wickelmechanismus von RSY-LT Das Gerät führt automatisch fünf Windungen Standardspulen mit einer während des gesamten Prozesses konstanten Spannung von 5.4 N durch und vereinheitlicht so die thermische Kontaktfläche jeder Probengruppe. Die Schwankungen der parallelen Testdaten sind deutlich geringer als bei einfachen manuellen Geräten.

Die integrierte automatische Überwachung arbeitet mit der Nadelflammenprüfung zusammen, um einen vollständig geschlossenen Prüfkreislauf zu bilden.
Nachdem Unternehmen sowohl einen Glühdrahtzündungsprüfer als auch einen Nadelflammenprüfer zur Qualitätsprüfung eingesetzt haben, unterstützen beide Geräte den automatischen Datenexport, um Tests für zwei Arten von Brandszenarien gleichzeitig durchzuführen. Erstens, RSY-LT Die Methode dient zur Bestimmung der Langzeit-Wärmezündbarkeitsklasse (HWFI) von Werkstoffen. Anschließend wird die Nadelflammprüfung eingesetzt, um die Beständigkeit der Werkstoffe gegenüber kurzzeitig auftretenden offenen Flammen zu überprüfen. Die bidirektionalen Daten ermöglichen die Einstufung der Flammschutzklasse von Produkten und erfüllen somit vollständig die Anforderungen der Verbundzertifizierung gemäß GB-, IEC- und UL-Normen.

Industrielle Anwendungen von RSY-LT Hitzdrahtzündungstester

Niederspannungs-Elektroindustrie
Isolierpapier für Motorwicklungen, PA66-Gehäuse von Relais und Trennwände von Leistungsschaltern müssen HWI-Heißdrahtprüfungen unterzogen werden, um eine Langzeitüberhitzung der Wicklungen zu simulieren. Die Nadelflammprüfung wird ausschließlich für Prüfungen mit offener Flamme angewendet, die durch Lichtbögen an Kontaktgehäusen verursacht werden. Die kombinierte Anwendung beider Prüfmethoden ermöglicht eine umfassende Bewertung der doppelten Brandgefahr von Niederspannungsgeräten und trägt dazu bei, dass Produkte die Sicherheitszertifizierung nach GB/T 14048.1 erfolgreich bestehen.

Haushaltsgeräteindustrie
Die Teflonbeschichtungen auf den Heizauskleidungen von elektrischen Reiskochern und die ABS-Gehäuse von Klimaanlagen-Bedienfeldern stehen in dauerhaftem Kontakt mit den Heizkomponenten. RSY-LT Die Heißwasser-Inkubationszeit (HWIT) wird gemessen, um festzustellen, ob es bei hohen Temperaturen zu Zersetzung und Entzündung kommt. Schalterfelder werden zusätzlich mit dem Nadelflammentest geprüft, um die vollständigen Anforderungen der britischen Sicherheitsnorm GB 4706 an die Flammwidrigkeit von Haushaltsgeräten zu erfüllen.

Neue Energiefahrzeuge und Energiespeicherindustrie
PP-Glasfaser-Separatoren für Antriebsbatterien und Epoxid-Isolierplatten von Ladesäulen bergen die Gefahr des thermischen Durchgehens der Batteriezellen und der Überhitzung von Transformatoren. Zur Beurteilung der Zündcharakteristik unter kontinuierlicher Wärmeleitung muss ein Heißdrahtzündungsprüfgerät eingesetzt werden. Die Nadelflammenprüfung dient lediglich lokalen Funkenprüfungen an der Oberfläche von Kabelbäumen. Die Kombination beider Methoden gewährleistet die Brandsicherheit von Energiespeichern und entspricht den Normen IEC 61800 und ISO 6722.

Forschungs- und Entwicklungslabore für Polymermaterialien
Bei der Entwicklung von flammhemmend modifizierten Werkstoffen wie PA66, glasfaserverstärktem PC und Gummiverbundwerkstoffen sind Chargen-HWFI-Tests erforderlich, um flammhemmende Formulierungen zu prüfen. RSY-LT Das System kann Testdaten mehrerer Gruppen in Chargen automatisch speichern. In Kombination mit der Nadelflammenprüfung zum Vergleich des Selbstverlöschungsverhaltens von Materialien unter Einwirkung offener Flammen lässt sich der Verifizierungszyklus für die Forschung und Entwicklung neuer Materialien erheblich verkürzen.

Fazit

Die Nadelflammenprüfung kann lediglich Szenarien mit kurzzeitigem Auftreffen einer winzigen offenen Flamme simulieren und erfasst nicht die häufig auftretende, versteckte Brandgefahr durch langfristige, flammenlose Wärmeleitung in elektrischen Geräten. Als spezielles Prüfgerät für die Wärmebild- und Brandprüfung (HWI) … LISUN RSY-LT Der Heißdrahtzündungsprüfer schließt diese Prüflücke perfekt. Seine Hardwareparameter erfüllen vollständig Normen wie IEC TS 60695-2-20, GB/T 14048.1 und UL 746AAusgestattet mit einem standardmäßigen Nichrom-Heißdraht, einer elektrischen Konstantspannungswicklung sowie einer vollautomatischen Leistungs- und Zeitsteuerung, kann es die Heißdraht-Zündtemperatur (HWIT) und den Heißdraht-Entflammbarkeitsindex (HWFI) von Materialien genau messen, mit hoher Wiederholbarkeit und Zertifizierungsgültigkeit der Testdaten.

In einem umfassenden System zur Prüfung der Brandsicherheit von Produkten ergänzen sich der Heißdrahtzündungstester und die Nadelflammenprüfung: Ersterer beurteilt Zündrisiken durch langfristige Wärmeleitung bei hohen Temperaturen, letztere bewertet Zündrisiken durch kurzzeitige elektrische Lichtbögen offener Flammen. Der kombinierte Einsatz beider Geräte deckt die Anforderungen an die Prüfung der Flammschutzklasse für alle Produktkategorien in den Bereichen Haushaltsgeräte, Elektrotechnik, neue Energien und Werkstoffe ab. Die integrierte automatische Konstruktion von RSY-LT Es reduziert manuelle Bedienungsfehler und vereinfacht Kalibrierverfahren. Es eignet sich für verschiedene Testszenarien, darunter Qualitätsprüfungen bei kleinen und mittelständischen Herstellern, Zertifizierungslaboren von Drittanbietern und universitären Materialforschungseinrichtungen, und bietet eine standardisierte und rückführbare Lösung für die Heißdrahtzündprüfung zur Materialauswahl, für die sicherheitstechnische Auslegung von Produkten und für die Zertifizierung des globalen Marktzugangs.