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Vergleich der Zündquellenentstehung bei kontinuierlicher und repetierender Reibung

16.11.2015

In mechanischen Bauteilen kann es zu Reibsituationen von metallischen Oberflächen kommen. Dabei können die Zündquellen heiße Oberfläche und mechanisch erzeugte Funken auftreten. Vorhergehende Untersuchungen haben ergeben, dass beim Einsatz von Edelstählen zündfähige heiße Oberflächen entstehen können, noch bevor die Bedingungen zur Funkenentstehung erreicht werden [1–4].
Die bisherigen Untersuchungen haben nur Reibsituationen mit kontinuierlicher Reibung be-trachtet, wie sie im Fehlerfall in Lagern, Dichtungen und Kupplungen auftreten können. Neben den kontinuierlichen Reibsituationen können in Ventilatoren, Pumpen oder Rührwerken im Feh-lerfall auch repetierende Reibsituationen erwartet werden. Hier wurde die Zündquellenentstehung bei repetierender Reibung untersucht und ihre Zündwirksamkeit gegenüber Wasserstoff/Luft-Gemischen überprüft. Die Ergebnisse wurden mit denen bei kontinuierlicher Reibung verglichen.

 Abbildung 1: Reibscheiben mit wellenförmiger Oberfläche zur Modellierung der repetierenden Reibung.

Abbildung 1: Reibscheiben mit wellenförmiger Oberfläche
                       zur Modellierung der repetierenden Reibung.

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass bei repetierenden Reibkontakten und sonst gleichen Versuchsparametern die Temperaturentwicklung geringer ist als bei kontinuierlicher Reibung. Die dissipierte Energie ist im Verhältnis der Pausenzeit zur Kontaktzeit geringer gegenüber der bei kontinuierlicher Reibung. Daher ist der Temperaturanstieg langsamer und die maximal er-reichten Temperaturen geringer. Repetierende Reibkontakte sind hinsichtlich der Entstehung der Zündquelle „heiße Oberfläche“, bei sonst gleichen Versuchsparametern, weniger brisant als kontinuierliche Reibkontakte.

Abbildung 2: Vergleich der drei repetierenden Reibscheiben mit der kontinuierlichen Reibung.

Abbildung 2: Vergleich der drei repetierenden Reibscheiben
 mit der kontinuierlichen Reibung.

Bei der Betrachtung der Zündwirksamkeit ist der Unterschied zwischen den beiden Reibungsar-ten nicht so eindeutig. Die Zündgrenzkurven zeigen nur einen geringen Unterschied und auch die für eine Zündung notwendige Leistungsdichte ist nur geringfügig größer. Lediglich die Reibdauer bis zur Zündung, ist bei repetierender Reibung deutlich länger.

Abbildung 3: Zündgrenzen von Wasserstoff bei kontinuierlicher und repetierender Reibung.

Die Ergebnisse zeigen, dass in der industriellen Praxis bei der Bewertung von Geräten mit repe-tierender Reibung gegenüber Geräten mit kontinuierlicher Reibung keine Abweichungen zulässig sind. Für die Entwicklung eines Bewertungsverfahrens mit einem Leistungsdichtekriterium können beide Reibungsarten zusammengefasst werden.

Literatur

 

 

[1] T. Ott, F. Welzel, M. Beyer, C.-P. Klages, S. Bitterlich, W. Gerlinger (2008). Criteria for the Formation of Sparks in Wear Points. Proceedings of 7th International Symposium on Hazards, Prevention, and Mitigation of Industrial Explosions. St. Petersburg, Russland.

[2] F. Welzel, T. Ott, M. Beyer, C.-P. Klages (2010). Ignition of Explosive Atmospheres by Mechanically Generated Sparks. Proceedings of 13th International Symposium on Loss Prevention and Safety Promotion in the Process Industries. Brügge, Belgien.

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

[4] L. Meyer, M. Beyer, U. Krause (2015). Hot surfaces generated by sliding metal contacts and their effectiveness as an ignition source. Journal of Loss Prevention, Vol. 36: 532-538.