Sicherheitstechnische Bewertung thermischer Betriebsbelastungen auf die Restlebensdauer von Composite-Atemluftflaschen sowie auf Lithium-Ionen-Batterien in Ausrüstungsgeräten

Status:

abgeschlossen 02/2024

Zielsetzung:

Ziel des Vorhabens war es, den Einfluss der realen Temperaturbelastung auf Atemschutzflaschen und Lithiumbatterien in Funkgeräten im Löscheinsatz von Rettungskräften zu ermitteln und deren Auswirkung auf die Alterung und Lebensdauer und die potenziellen Gesundheitsgefahren besser beurteilen zu können sowie Handlungshilfen abzuleiten.

Im Rahmen dieses Vorhabens wurden zum einen unterschiedlich thermisch gealterte Composite-Atemluftflaschen systematisch hinsichtlich ihrer Restfestigkeiten untersucht. Zum anderen wurden Lithiumbatterien aus Funkgeräten hinsichtlich der Einwirkung von kritischen Temperaturen untersucht, ab denen es zu einem thermischen Durchgehen der Batterien kommen kann. Für diese beiden wichtigen Komponenten, Lithiumbatterien und Composite-Atemluftflaschen, wurden kritische Temperatur-Zeit-Profile ermittelt, die Auswirkungen auf Nutzende durch geeignete Methodiken untersucht und die sich ergebenden Gefährdungen für die tragende Person bewertet.

Aktivitäten/Methoden:

Als methodische Vorgehensweise wurden zuerst im Rahmen von Realversuchen die tatsächlichen und zuvor durch Literaturrecherche ermittelten Temperaturprofile verifiziert und auf deren Grundlage die Laborbelastungen abgeleitet. Um den Eigenschaften der aus Faserverbundwerkstoffen hergestellten Composite-Atemluftflaschen Rechnung zu tragen, wurden Stichprobengruppen unterschiedlicher thermischer Belastung ausgesetzt und hinsichtlich ihrer verbleibenden Restfestigkeitsabnahme und im Vergleich zu thermisch unbelasteten Baumustern an zwei repräsentativen Baumustern unterschiedlicher Hersteller untersucht. Neben den statischen Berstversuchen wurden auch kombinierte Alterungs- und Restfestigkeitsuntersuchungen an zyklisch belasteten Behältern durchgeführt.

Die Funkgeräte wurden sowohl statischen als auch zyklischen Belastungen mit begleitenden Kapazitätsmessungen ausgesetzt. Die statischen Versuche dienten dem Zweck, die maximal thermische Belastbarkeit der Akkus zu ermitteln, bei der noch kein Versagen auftritt. Bei den zyklischen Versuchen wurde die Praxis so nah wie möglich im Labor nachgestellt. Hierzu wurden die Akkus wiederholt einem Belastungsprofil mit konstanter Temperatur ausgesetzt und nach einigen Intervallen die Restkapazitäten am Akku gemessen und so die Degradation bestimmt.

Ergebnisse:

Als Ergebnis der im Rahmen dieses Vorhabens durchgeführten Untersuchungen an zwei repräsentativen Baumustern von Atemschutzflaschen kann geschlussfolgert werden, dass die thermischen Belastungen abhängig vom Baumuster einen z. T. deutlichen Einfluss auf die Restfestigkeiten der Atemschutzflaschen haben, diese jedoch als unkritisch für die Sicherheit der Rettungskräfte angesehen werden können. Höhere thermische Exposition ist, zumindest an den untersuchten Atemschutzflaschen, deutlich zu erkennen und die betreffenden Exemplare können durch die zuständigen Gerätewarte leicht ausgesondert und ersetzt werden. Es kann demnach zur Verwendung von leichteren Typ-4-Atemschutzflaschen geraten werden, da thermische Belastungen, wie Sie im Rettungseinsatz auftreten, nicht kritisch sind, insbesondere wenn etablierte Hersteller mit einer großen und langjährigen Erfahrung gewählt werden. Es ist zu empfehlen, Atemschutzflaschen, die visuell zu erkennende thermischen Einwirkungen (Farbänderungen, Materialschmelzungen o. ä.) aufweisen, zu ersetzen.

Die Ergebnisse an den Funkgeräten zeigten, dass die Kapazitätsbestimmung als geeignetes Kriterium für die Sicherheitsbewertung der Akkus herangezogen werden kann. Dabei ist stets zu beachten, dass die Kapazitätsmessung bei gleichbleibenden Bedingungen (gleiche Raumtemperaturen, gleiche Messgeräte, etc.) stattfindet. Es wird empfohlen, die Akkus ab einer Restkapazität von unter 80 % zu tauschen. Als schnelle und sehr einfache Überprüfung kann eine Sichtprüfung an den Funkgeräten stattfinden. Die im Projekt verwendeten Funkgeräte zeigten eine Verformung der Kunststoffhülle bei zu hohen Belastungen.

Stand: