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Physikalische Zündvorgänge

Arbeitsgruppe 3.73

Differenzierte Ausschlusskriterien für mechanisch erzeugte Zündquellen

Ausgangssituation

Mechanisch erzeugte Funken und heiße Oberflächen sind als mechanisch erzeugte Zündquellen zu etwa 30% der Auslöser von Staubexplosionen in der staubverarbeitenden Industrie. Die Ausbildung dieser Zündquellen ist dort möglich, wo es durch bewegte Teile zu einer Reibbeanspruchung kommen kann, z.B. beim Mischen, Mahlen oder Fördern. Ein differenziertes Beurteilungsschema für mechanische erzeugte Zündquellen könnte zu wirtschaftlicheren Betriebsbedingungen führen. Ihre Beurteilung stellt einen Teil des Explosionsschutzes dar, der als Teilgebiet der Sicherheitstechnik der Verhütung von Schäden durch technische Produkte, Anlagen und Einrichtungen dient. Er umfasst technische Lösungen und gesetzliche Bestimmungen zur Vermeidung der Gefahren durch explosionsfähige Atmosphären, die durch Normen geregelt werden. Die Notwendigkeit und Bedeutung dieser Normen ist mit dem laufenden Fortschritt in der Industrialisierung gewachsen.

Projektziel

In diesem Projekt soll die Funkenbildung in Abhängigkeit von Relativgeschwindigkeit und Flächenpressung, d.h. die Kontaktkraft pro Flächenelement, untersucht werden. Dazu werden verschiedene Werkstoffe in homogener und inhomogener Paarung auf ihre Funkenentstehung untersucht. Die Beobachtung der physikalischen Vorgänge in der Reibstelle soll zum Verständnis der Funkenentstehung beitragen. Anschließend wird damit die Zündung explosionsfähiger Gemische charakterisiert. Hierfür wird durch Zündversuche in explosionsfähigen Atmosphären die Zündfähigkeit der Funken beurteilt, um ein Zündkriterium aufzustellen.

Aufbau einer Reibapparatur

Die Reibstelle wird in der Reibapparatur durch einen Kontaktstift realisiert, der mit einer konstanten Kraft auf eine rotierende Scheibe drückt. Über eine Drehmomentmesswelle wird Drehzahl und Drehmoment bestimmt, ein Kraftaufnehmer misst die auf den Stift wirkende Kraft. Die Entstehung von Einzelfunken wird mit einer Hochgeschwindigkeitskamera beurteilt. Sobald ein heißes Partikel in einer Videosequenz den weißglühenden Bereich erreichte, wird ihm der oxidierende Charakter eines Funken zugeschrieben. Bei ausgewählten Versuchen wird die Temperatur in der heißen Reibstelle über ein in den Stift eingebettetes Thermoelement bestimmt.

Abb. 1: Entstehung von Funken bei Titan


Veröffentlichungen

T. Ott, F. Welzel, M. Beyer, C.-P. Klages: Temperaturen und Funkenentstehung bei Trockenreibung zwischen metallischen Reibpartnern. Chemie Ingenieur Technik, 81 (1-2) 2009.

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

F. Welzel, T. Ott, M. Beyer, C.-P. Klages: Ignition of Explosive Atmospheres by Mechanically Generated Sparks. 13thInternational Symposium on Loss Prevention and Safety Promotion in the Process Industries, Brügge, Belgien, 2010.

F. Welzel, T. Grunewald, M. Beyer, R. Grätz, C.-P. Klages: Comparison of mechanical sparks generated by friction and impact. 8thInternational Symposium on Hazards, Prevention, and Mitigation of Industrial Explosions, Yokohama, Japan, 2010.


Kontakt

Ansprechpartner Dir. u. Prof. Dr.-Ing. Michael Beyer
Tel.: 0531-592-3436
eMail: Michael Beyer
Anschrift Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Arbeitsgruppe 3.73
Bundesallee 100
38116 Braunschweig