Demonstrationen zur Brandbekämpfung
 
 
 
Stoffe: 
Wasserstoff und Sauerstoff aus der Gasflasche, Mehl oder Speisestärke, Eisenwolle, Palmin Speisefett, Benzin (Kp. 40-65°C), Holzspäne, Natriumhydrogensulfat oder Citronensäure, Natriumhydrogencarbonat, Magnesium gepulvert, Pril, destilliertes Wasser
Geräte:
Daniellscher Hahn, Büchse, Glasrohr (Länge ca. 60cm, Dicke 3cm), 4,5-Volt-Batterie, Metalltiegel (d=3cm), Stativ, Brenner, Abdampfschale (d=5cm), Becherglas hohe Form 250ml, Löffel, Dreifuß, feuersichere Platte
Bei allen Demonstrationen ist für ausreichend Feuerschutz zu sorgen (feuersichere Unterlage, Feuerlöscher bereithalten, etc.) und eine Schutzbrille zu tragen! 
 
Inhalt:
Didaktische Bemerkungen
Demonstration 1: Rolle des Sauerstoffs - Schneidbrenner
Demonstration 2: Zerteilungsgrad - Mehlstaubexplosion
Demonstration 3: Zündpunkt - Fettbrand
Demonstration 4: Flammpunkt - Löschen von brennenden Flüssigkeiten
Demonstration 5: Löschen mit Wasser und mit Schaum
Demonstration 6: Metallbrand
Zusammenfassung

Didaktische Bemerkungen:
Schon die Demonstrationen bei der Einführung des Themas Oxidation zeigten, dass der Sauerstoff bei Verbrennungen notwendig ist. Für die Feuerwehr spielt nicht nur die Sauerstoffzufuhr bei einem Brand eine Rolle, sondern auch der Zerteilungsgrad und die Art des Brennstoffs. Bevor wirksame Maßnahmen zur Brandeindämmung vorgeführt werden, sollen zunächst Möglichkeiten aufgezeigt werden, um ein Feuer zu verstärken. Mit Hilfe dieses Wissens gelingt es, Feuerlöschmaßnahmen auszuarbeiten.
 
Über ein Gespräch wird gemeinsam mit den Schülern erarbeitet, wie ein Pfadfinder im Wald ein Feuer anmacht. Bei dem Gespräch werden die Regeln zum Feueranmachen genannt: Zuerst kommt das Papier, dann werden die dünnen Hölzer über das Papier gelegt und zum Schluss baut man ein "Zelt" mit den dickeren Hölzern. Das Anbrennen kann durch Hineinblasen beschleunigt werden. Noch nachhaltiger ist es, wenn man dies alles mit den Schülern selbst im Schulhof ausprobiert und die Gründe über mögliche Hindernisfaktoren diskutiert.
 
 
Demonstration 1: Rolle des Sauerstoffs - Schneidbrenner

Eine Daniellscher Hahn wird hinten an einen Schlauch aus der Wasserstoff-Flasche angeschlossen, die seitliche Zuleitung wird mit dem Schlauch der Sauerstoff-Flasche verbunden. Nun stellt man einen schwachen Strom Wasserstoff ein und entzündet den austretenden Wasserstoff an der Kapillardüse (Knallgasprobe!). Diese Flamme richtet man auf eine Büchse und unternimmt einen Schneidversuch, der aber misslingt.
 
Bei einem zweiten Versuch wird Sauerstoff in den Daniellschen Hahn zugegeben. Die Gaszufuhr wird so dosiert, dass eine scharfe, bläuliche Flamme von max. 5cm Länge entsteht. Diese richtet man auf die Büchse und schneidet ein Stück Blech heraus.
 

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Beobachtungen:
Bei der Zufuhr von Sauerstoff verändert sich die Form der Flamme, gleichzeitig verfärbt sie sich bläulich. Beim Brennschneiden des Blechs fliegen glühende Funken weg.
 
Theorie:
Bei dem Vorgang handelt es sich um Brennschneiden, da Sauerstoff im Überschuss zu gegeben wird. Der an der Spitze austretende Wasserstoff erhitzt das Blech. Der Sauerstoff erhöht die Temperatur der Flamme auf über 3000°C, so dass das Blech schmilzt. Überschüssiger Sauerstoff oxidiert das Eisen im Blech und ein Funkenregen ensteht. Mit Schneidbrennern lassen sich mühelos dicke Stahlträger durchschneiden (oder Tresore öffnen).
 
 
Demonstration 2: Zerteilungsgrad - Mehlstaubexplosion
 
Zuerst wird den Schülern eine Packung Mehl gezeigt und behauptet, dass man damit einen Sprengstoff herstellen könne. Die Schüler sollen Vermutungen äußern, wie das funktionieren könnte. Im Anschluss liest man den Zeitungsbericht einer Mehlstaubexplosion vor und führt erst danach die Demonstration durch.
  
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Man nimmt ein Glasrohr von mindestens 50cm Länge und 3cm Dicke und füllt das hintere Ende auf einer Länge von 10cm mit Mehl. Das Rohr sollte nicht gestopft voll sein, damit noch Luft über das Mehl streichen kann und es sich gut zerteilt. Am besten gelingt es, wenn man feine Speisestärke nimmt und diese vorher im Trockenschrank gut trocknet.

Am Ende des Tisches stellt man einen Gasbrenner auf und entzündet die Gasflamme. Dann bläst man vom vorderen Ende her kräftig durch das Glasrohr, so dass sich das Mehl fein zerstäubt.
 

 Film: Mehlstaubexplosion
 
fein verteilter Mehlstaub verbrennt in einer Stichflamme
 
 Klicken Sie zum Abspielen des Films auf das Bild
 
Beobachtungen:
Das zerteilte Mehl verbrennt in einer großen Stichflamme.
 
Variationen:
Die Demonstration kann auch mit verschiedenen anderen brennbaren Stoffen durchgeführt werden, z.B. mit Holzmehl oder Bärlappsporen, um zu zeigen, dass nicht jeder Brennstoff gleich reagiert. Bei der Firma Hedinger ist ein Fertiggerät zur Durchführung von Mehlstaubexplosionen erhältlich. Die Abhängigkeit der Verbrennung vom Zerteilungsgrad kann auch gezeigt werden, wenn man feine Eisenwolle mit einer 4,5-Volt-Batterie zündet. Ein Eisenblock lässt sich dagegen nicht einmal mit einer Brennerflamme entzünden.
 

Demonstration 3: Zündpunkt - Fettbrand
 
Diese Demonstration zeigt durchaus realistisch, welche Gefahren in der Küche oft lauern. Auf einem feuersicheren Tisch (und mit einer genügend hohen Decke im Raum) spannt man einen kleinen Metalltiegel in ein Stativ und füllt ihn zur Hälfte mit Palmin-Speisefett. Dann stellt man einen Brenner darunter, so dass die nicht leuchtende Flamme mit voller Kraft den Tiegel erhitzt. Gleichzeitig wird den Schülern eine Geschichte erzählt, z.B.:
 
"Stellt euch vor, einem Freund von mir ist neulich folgendes passiert: Er war für mehrere Tage alleine im Haushalt und musste selbst kochen. Er wollte sich in der Küche ein Steak braten und gab dazu in die Bratpfanne etwas Fett und stellte diese auf den Herd. Gerade in diesem Moment läutete das Telefon im anderen Raum, und er ging in das Wohnzimmer. Am anderen Ende der Leitung war sein Freund, der ihm von großen Problemen erzählte...

(Hier werden Probleme geschildert (z.B. Trennung von Freundin, Geldnöte, etc., je nach Dauer des gleichzeitig ablaufenden Versuchs. Sobald das Fett sich von alleine entzündet hat, fährt man mit der Geschichte fort.)
 
Plötzlich hörte er ein Geräusch in der Küche und rannte sofort hinüber. Das Fett in der Pfanne brannte lichterloh. Was machte er also, um den Brand zu löschen? Er nahm eine Schüssel mit Wasser und goss das Wasser in die Pfanne..."
 
An dieser Stelle spritzt man mit einer Spritzflasche Wasser aus sicherer Entfernung in das brennende Fett.
  

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Beobachtungen:
In einer riesigen Stichflamme flammt das Feuer auf, wobei große Hitze von dem brennenden Fett ausgeht. Selbst nach diesem "Löschversuch" ist das brennende Fett noch nicht gelöscht. Man demonstriert nun, wie man es richtig macht und deckt den Tiegel mit einer Keramikplatte ab.
 
Ergänzende Informationen:
Viele Stoffe entflammen auch ohne Flamme, sobald ihre Zündtemperatur (Zündpunkt) überschritten wird. Voraussetzung dafür ist der Zugang zu Luftsauerstoff. In einem geschlossenen Raum entflammen diese Stoffe dagegen nicht.
 
Brennstoff
Zündtemperatur (ca.)
Phosphor
60°C
Schwefelkohlenstoff
102°C
Benzin
220-300°C
Schwefel
250°C
Fichtenholz
280°C
Fett
300°C
Zucker 
410°C
Roggenmehl 
500°C
 
 
Demonstration 4: Flammpunkt - Löschen von brennenden Flüssigkeiten
 
Auf einer feuersicheren Unterlage werden in eine kleine Abdampfschale aus Porzellan 20ml Benzin (Siedepunkt 40-65°C) gegeben und mit einem brennenden Holzspan entzündet. Dabei sollen die Schüler darauf achten, in welcher Höhe über dem Flüssigkeitsspiegel bereits eine Zündung stattfindet. Nun unternimmt man einen "Löschversuch" und spritzt mit der Spritzflasche kräftig Wasser in die Schale, so dass das Benzin über die Wand herausschwappt. Nach diesem erfolglosen Versuch, zeigt man, wie man es richtig macht und deckt die Schale mit einer Keramikplatte oder einer Löschdecke ab (Sauerstoffentzug).
 
Beobachtungen:
Das Benzin verteilt sich auf dem Tisch und brennt weiter. Der Brand hat sich wesentlich ausgebreitet.
 
Ergänzende Informationen:
Die Brennbarkeit von Flüssigkeiten wird nach der Flammtemperatur (Flammpunkt) beurteilt. Bei dieser Temperatur entwickelt die Flüssigkeit Dämpfe, so dass diese über der Flüssigkeit mit Luft vermischt durch eine Zündquelle entflammbar sind (genormt auf 1013mbar Luftdruck).
 
 
Gruppe A:
Wasserunlösliche,
brennbare Flüssigkeiten
Temperaturbereich
Beispiele
Gefahrklasse A I
Flammpunkt unter 21°C
Benzin, Ether
Gefahrklasse A II
Flammpunkt 21-55°C
Petroleum
Gefahrklasse A III
Flammpunkt 55-100°C
Dieselkraftstoff, Heizöl
 
 
Gruppe B:
Wasserlösliche,
brennbare Flüssigkeiten
Temperaturbereich
Beispiele
Gruppe B
Flammpunkt unter 21°C
Ethanol, Aceton
 
 
Flüssigkeiten der Gruppe A können nicht mit Wasser vermischt werden und lassen sich daher auch nicht mit Wasser löschen. Sie schwimmen aufgrund ihrer geringeren Dichte auf dem Wasser, so dass sich der Brand bei einem Löschversuch noch ausdehnt. Flüssigkeiten der Gruppen B können mit Wasser gelöscht werden.
 
 
Demonstration 5: Löschen mit Wasser und mit Schaum
 
a) Löschen mit Wasser
Auf einem Dreifuß wird ein kleines Feuer aus kleinen Holzstückchen entfacht. Die Vorgänge beim Löschen mit Wasser sollen genau beobachtet werden.
 
Beobachtungen:
Beim Löschen zischt es und Wasser verdampft in einer Dampfwolke.
 
Theorie:
Das kalte Wasser kühlt die brennenden Stoffe so ab, dass die Zündtemperatur unterschritten wird. Das Wasser und vor allem der auftretende Wasserdampf unterbinden die Luftzufuhr. Nasslöscher enthalten Wasser als Löschflüssigkeit. Eine Patrone mit komprimiertem Kohlenstoffdioxid innerhalb des Feuerlöschers treibt das Wasser nach dem Schlagen auf einen Schlagstift aus dem Feuerlöscher.
 
Nicht alle Brände dürfen jedoch mit Wasser gelöscht werden. Bei Bränden von Flüssigkeiten, Gasen oder Metallen verstärkt das Löschen mit Wasser sogar den Brand. Für solche Brände sind spezielle Löschmittel notwendig. Im Kohlensäureschnee-Löscher befindet sich ein Druckbehälter mit flüssigem Kohlenstoffdioxid. Durch das Betätigen des Feuerlöschers entweicht flüssiges Kohlenstoffdioxid, das durch den Druckabfall sofort gefriert, wobei sich Kohlenstoffdioxid-Schnee bildet. Der Schnee besitzt eine Temperatur von -78°C und kühlt die brennenden Stoffe ab. Außerdem wirkt das Kohlenstoffdioxid erstickend.
 
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Kohlenstoffdioxid-Löscher
Feuerlöscher mit ABC-Pulver und Schaumlöscher
 
a) Löschen mit Schaum
Schaumlöscher erzeugen beim Löschen einen Schaum, der mit Kohlenstoffdioxid-Bläschen gefüllt ist. Zur Erzeugung von Kohlenstoffdioxid gibt man in ein hohes 250ml-Becherglas 50ml Wasser und fügt je einen Teelöffel Natriumhydrogensulfat und Natriumhydrogencarbonat (Natron) hinzu. Das Sprudeln zeigt die Gasentwicklung an, ein hineingehaltenes brennendes Streichholz erlischt. Zur Erzeugung eines Schaums wiederholt man den Versuch und gibt vorher in das Wasser einen Tropfen Pril.
 
Beobachtungen:
Im Becherglas steigt Schaum auf, der zum Löschen geeignet ist.
 
Theorie:
Bei der Reaktion von Natron mit Natriumhydrogensulfat entsteht Kohlenstoffdioxid, das die Schaumbläschen füllt. Die Demonstration gelingt auch, wenn man statt Natriumhydrogensulfat Citronensäure oder Weinsäure nimmt. Schaumlöscher eignen sich zum Löschen für brennbare Flüssigkeiten.
 
Mit ein wenig Geschick kann man sich selbst einen Feuerlöscher aus einer leeren Sprudelflasche und einer aufgesetzten Düse bauen. Die Zutaten dafür sind in jeder Drogerie erhältlich.
 
Sehr verbreitet sind auch spezielle Löschpulver, die mit Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid aus dem Feuerlöscher getrieben werden. ABC-Pulver (Glutbrandpulver, PG) eignet sich zum Löschen von Bränden der Brandklassen A, B und C. Es enthält ein Gemisch aus Ammoniumphosphaten und Ammoniumsulfat. Die Ammoniumsalze schmelzen in der Hitze und wirken dann absperrend.
 
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Die neue Brandklasse F ist seit Januar 2005 in die DIN-Norm EN 2 aufgenommen worden. Fette und Speiseöle gehören eigentlich in die Brandklasse B. Werden Fettbrände mit Wasser oder aber auch mit Schaumlöschern gelöscht, können sich Fettexplosionen ereignen. Auch Pulverlöscher und Kohlenstoffdioxidlöscher sind wenig sinnvoll, da nach Abnahme der Löschmittelkonzentration das erhitzte Fett wieder von selbst zu brennen beginnt. Löschdecken sind ebenfalls nicht geeignet, da sie bei einem Fettbrand durchbrennen. Die nun erhältlichen Fettbrandlöscher enthalten eine besondere Düse und ein Löschmittel, das sich mit dem Fett in Schmierseife umwandelt. Einen Fettbrand kann man jedoch auch durch das Aufsetzen eines Kochtopfdeckels löschen.
 
Die frühere Brandklasse E  - für Brände in elektrischen Anlagen bis 1000 Volt - wurde gestrichen, da die meisten Feuerlöschgeräte bei Niederspannungsanlangen eingesetzt werden können, sofern man genügend Abstand einhält.
 
 
Demonstration 5: Metallbrand
 
Dieser Versuch wird zur Sicherheit am besten im Freien durchgeführt. Auf eine feuerfeste Unterlage wird ein kleines, ca. 3cm hohes Häufchen Magnesiumpulver gegeben. Dann entzündet man das Magnesium mit einem Brenner und wartet, bis sich die weiße Flamme etwas ausgebreitet hat. Dann spritzt man aus sicherer Entfernung mit einer Spritzflasche Wasser auf den Metallbrand.
 
Beobachtungen:
Das Magnesium verbrennt mit sehr grellem Licht explosionsartig. Eine sehr große Stichflamme entsteht und weiße Fäden steigen empor.
 
Theorie:
Beim Löschen von Metallbränden mit Wasser wird das Wasser teilweise zersetzt und es entsteht Wasserstoff. Diese Reaktion erfolgt explosionsartig, wobei der Wasserstoff ein zusätzlich entstandener Brennstoff ist.
 
Variation:
Die Demonstration gelingt evt. auch mit einem Magnesiumspitzer, den man mit einer kräftigen Brennerflamme an einem Eck entzündet.
 
 
Zusammenfassung:
An der Tafel wird das Gefahrendreieck erarbeitet. Zum Löschen eines Brandes muss mindestens eine der drei Voraussetzungen für einen Brand entfernt werden:
 
 
 
 
Die Unterbrechung der Luftzufuhr erreicht man mit Löschdecken, mit Schaumlöschern oder Pulverlöschern. Das Abkühlen unter die Zündtemperatur erfolgt mit Wasser, bzw. mit Wasserdampf. Der Entzug des Brennstoffes wird bei Waldbränden durch das Ausheben von breiten Gräben oder das Schlagen von Schneisen angewendet.
 
  
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