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Abschluss des Forschungsvorhabens zur Untersuchung der Zündwirksamkeit von mechanischen Funken beim Einsatz von Bronze

16.11.2015

In diesem Forschungsvorhaben sollte das Auftreten und die Zündwirksamkeit der gerätebezogenen Zündquellen „mechanisch erzeugte Funken“ und „heiße Oberflächen“ untersucht werden. Bronze gilt üblicherweise als Funkenarmer Werkstoff, sodass dieser auf dem Gebiet des Explosionsschutzes häufig eingesetzt wird. Das gilt vor allem für Zinn-Bronze. Heutzutage werden in vielen industriellen Anwendungen, Bronzelegierungen verwendet, die besonders hart sind und eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzen.  Daher stellt sich die Frage, ob die geringe Neigung zur Bildung von mechanisch erzeugten Funken, auch für Aluminium-Bronze gilt. Eine zweite Frage ist, wie sich die Zündwirksamkeit von Reibkontakten aus Aluminiumbronze im Vergleich zu Kontakten aus Edelstahl und Baustahl verhält.

Die Untersuchungen zeigten, dass  bei Geschwindigkeiten zwischen 1 m/s und 20 m/s und Flächenpressungen zwischen 1 N/mm² und 40 N/mm² beim Einsatz von Alumini-umbronze keine mechanisch erzeugten Funken entstehen. Die Temperatur des Reib-stiftes entwickelt sich in Abhängigkeit der angelegten Leistungsdichte. Im Falle von größeren Leistungsdichten, wurden höhere Maximaltemperaturen erreicht. Weiterhin war die Zeit, bis zum Erreichen der Taximaltemperatur bei niedrigeren Leistungsdichten signifikant länger. Für eine Leistungsdichte von 2 W/mm² wurde eine maximale Temperatur von 165 °C gemessen. Bei einer Leistungsdichte von  50 W/mm² wurden maximal  806 °C erreicht.

Die Zündversuche zeigten, dass Reibpartner aus Aluminiumbronze Wasserstoff-Luft-Gemische entzünden können. In allen Versuchen war die wirksame Zündquelle immer die heiße Oberfläche. Für die  Zündung  war eine Leistungsdichte von mindestens 9 W/mm² erforderlich. Die Zündgrenze von Aluminiumbronze ist damit etwa dreimal so hoch wie der Wert von Edelstahl (2,7 W/mm²) und entspricht dem 1,6-fachen Wert von Baustahl (5,5 W/mm²). In Zündversuchen mit Ethen konnte keine Zündung durch Reibprozesse von Aluminiumbronze erzeugt werden.

Die Entstehung von Zündquellen durch mechanische Reibvorgänge und deren Zündwirksamkeit in explosionsfähigen Gas-Luft-Atmosphären.

Literatur

[1] Welzel, F. (2014). Die Entstehung von Zündquellen durch mechanische Reibvorgänge und deren Zündwirksamkeit in explosionsfähigen Gas-Luft-Atmosphären. Doktorarbeit, Technische Universität Braunschweig.