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Physikalische Zündvorgänge

Arbeitsgruppe 3.73

Simulation mechanisch erzeugter Zündquellen

Immer dort, wo es durch bewegte Teile zu einer Reibbeanspruchung kommen kann (mischen, mahlen, fördern), ist die Ausbildung einer Zündquelle potenziell möglich (mechanischer Funke, heiße Reibstelle). Bisher existiert keine befriedigende theoretische Beschreibung der Funkenentstehung, die die Einkopplung der eingetragenen mechanischen Energie in den fliegenden Funken oder die Temperaturverteilung der Reibstelle beschreibt. Auch die Zündfähigkeit des fliegenden Funkens ist nicht systematisch beschrieben. Das Ziel des Projektes ist ein besseres Verständnis der mechanisch erzeugten Zündquellen. Dies soll durch theoretische Modellbetrachtungen sowie Simulationsrechnungen und deren Vergleich mit experimentellen Ergebnissen aus der Literatur und eigenen Messungen aus den Forschungsvorhaben "MECHEX" und "Ausschlusskriterien..." geschehen. Die Entstehung von mechanischen Funken und heißen Oberflächen und deren Zündfähigkeit soll in Abhängigkeit von Materialbeschaffenheit, Relativgeschwindigkeit, Kontaktfläche und Kontaktkraft bzw. -druck betrachtet werden.

Schematische Versuchsanordnung zur Erzeugung von Reibfunken (zum Vergrößern auf das Bild klicken, 30 kB)

Im Vorhaben "Ausschlusskriterien..." wurde hierzu eine Reibapparatur errichtet, in welcher anhand der Eingangsparameter, wie Reibpartner, Relativgeschwindigkeiten und Anpressdrücke, die möglichen Zündgrenzen bei verschiedenen Atmosphären ermittelt werden sollen. Parallel zu diesen realen Versuchen soll nun eine Simulation dieses Aufbaus erfolgen.

Bildung von mechanischen Funken und heißen Oberflächen in der HSL-Reibapparatur (zum Vergrößern auf das Bild klicken, 51 kB)

Wie man anhand der letzten Abbildung erkennen kann, sind mehrere Zündquellen für die vorhandene explosionsfähige Atmosphäre denkbar. Auffällig erscheinen Funkenflug, heißer, wachsender Grat am geschliffenen Bolzen und auch die heißen, mitgezogenen Funken am Reibrad. Interessant ist auch noch die Temperatur in der Schleifstelle selbst. Eine Simulation sollte dieses reale Bild so weitgehend wie möglich wiedergeben können und, wenn möglich, Zündtemperaturen unter Einbindung der vorhandenen Atmosphäre vorhersagen können. Dazu sollen variable Eingangskenngrößen (Material, Kontaktdruck, Relativgeschwindigkeit) und deren Auswirkungen untersucht werden können.


Kontakt

Ansprechpartner Dir. u. Prof. Dr.-Ing. Michael Beyer
Tel.: 0531-592-3700
eMail: Michael Beyer
Anschrift Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Arbeitsgruppe 3.73
Bundesallee 100
38116 Braunschweig