TY - RPRT A1 - Grunewald, Thomas A1 - Grätz, Rainer T1 - Ermittlung der Zündwahrscheinlichkeit mechanisch erzeugter Schlagfunken in explosionsfähigen Brenngas/Luft-Gemischen - Untersuchung der Werkstoffkombination Stahl/Stahl T1 - Determination of the ignition probability of mechanically generated impact sparks in explosive combustible gas/air mixtures - Investigation of the material combination steel/steel N2 - Geräte für den bestimmungsgemäßen Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen müssen die Anforderungen der europäischen Richtlinie 94/9/EG (Explosionsschutzrichtlinie) erfüllen. Die Erfüllung dieser Anforderungen wird in der EG-Konformitätserklärung des Herstellers dokumentiert. Grundlage für die Bewertung der Konformität ist die Zündgefahrenbewertung, die im Wesentlichen die Identifizierung und Bewertung möglicher Zündquellen beinhaltet. In den der Richtlinie 94/9/EG nach geordneten einschlägigen Normen, z. B. EN 1127-1 und EN 13463-1 ff., sowie in der BGR 104 (Regeln für das Vermeiden der Gefahren durch explosionsfähige Atmosphäre mit Beispielsammlung (Explosionsschutz-Regeln - EX-RL) sind die 13 möglichen Zündquellenarten aufgelistet. Die mechanisch erzeugten Funken stellen hierbei eine von diesen möglichen Zündquellenarten dar. Aussagen über die Zündwirksamkeit und insbesondere Zündwahrscheinlichkeit von mechanisch erzeugten Schlagfunken in Abhängigkeit von der jeweiligen Brenngas/Luft- Atmosphäre bei bekannter kinetischer Schlagenergie lassen sich nach dem bisherigen Kenntnisstand nur sehr vage formulieren. Eine umfangreiche Literaturrecherche auf diesem Gebiet bestätigte diesen Mangel, der sowohl bei der Zündgefahrenbewertung als auch bei der Erstellung und Novellierung des für den Explosionsschutz einschlägigen Regelwerkes problematisch ist. Im Maschinenbau und in der Verfahrenstechnik werden zum Bau u. a. von nichtelektrischen Geräten und Schutzsystemen zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosions-gefährdeten Bereichen häufig Baustähle verwendet. Daher war es das Ziel der Forschungsarbeit, statistisch gesicherte Werte für die Zündwahrscheinlichkeit von Stahl-Schlagfunken in Abhängigkeit von der kinetischen Schlagenergie und der Mindestzündenergie der verwendeten Brenngas/Luft-Gemische zu ermitteln. Die Untersuchungen zur Entstehung mechanisch erzeugter zündfähiger Schlagfunken erfolgten mit Hilfe von Schlagfunkenmaschinen bei drei kinetischen Schlagenergiewerten. Folgende Ergebnisse wurden für die Referenzbrenngase der IEC-Explosionsgruppen bei unterschiedlichen Gemischzusammensetzungen mit Luft erzielt: 1. Unterhalb der kinetischen Schlagenergie von 3 Nm konnten mit der im Rahmen dieser Untersuchung angewendeten Schlagkinematik und Schlaggeometrie keine zündfähigen mechanisch erzeugten Stahl-Schlagfunken erzeugt werden. 2. Bereits mit einer kinetischen Schlagenergie von 10 Nm konnten einzelne mechanisch erzeugte Stahl-Schlagfunken durch Oxidationsvorgänge des abgetrennten Teilchens zur gefährlichen Zündquelle werden. Die Versuche haben weiterhin gezeigt, dass dies für Brenngasgemische der IEC-Explosionsgruppe IIC (z. B. Acetylen und Wasserstoff) mit Luft mit einer Zündwahrscheinlichkeit im einstelligen Prozentbereich zutrifft. Literaturangaben zufolge können Explosionen aber auch für Brenngasgemische der Explosionsgruppe IIB (z. B. Ethylen) mit Luft nicht sicher ausgeschlossen werden. 3. Mit der vergleichsweise hohen kinetischen Schlagenergie von 190 Nm wurden alle Brenngas/Luft-Gemische unabhängig von einer stattfindenden Oxidation des Teilchens durch einen einzigen Schlagvorgang zur Explosion gebracht. Dabei lag die Zündwahrscheinlichkeit bei 100 % für Brenngasgemische der IEC-Explosionsgruppe IIC mit Luft. Für Brenngasgemische der IEC-Explosionsgruppen IIA (z. B. Propan und Benzindampf) und I (z. B. Methan) mit Luft fiel die Zündwahrscheinlichkeit bis in den einstelligen Prozentbereich ab. Die experimentellen Untersuchungen haben weiter gezeigt, dass die Zündfähigkeit mechanisch erzeugter Funken grundsätzlich von einer Vielzahl von Einflussgrößen abhängig ist. Eine Interpolation der Ergebnisse zwischen den kinetischen Schlagenergien von 10 Nm und 190 Nm ist daher nicht möglich. Für zukünftige Untersuchungen ist deshalb eine Fortführung der Arbeiten u. a. mit weiteren kinetischen Schlagenergien vorgesehen. Diese Ergebnisse können ferner zur Validierung von numerischen Simulationen herangezogen werden. N2 - Equipment intended for use in potentially explosive atmospheres must meet the requirements of the European directive 94/9/EC. The declaration of conformity of the manufacturer testifies that they meet the requirements. The conformity assessment is based on the risk (ignition) assessment which identifies and estimates the ignition sources. The European standards in the area of the directive 94/9/EC (like EN 1127-1, EN 13463-1) describe 13 possible ignition sources. Mechanically generated sparks are one of them. Statements to the ignition effectiveness and especially the ignition probability in case of mechanically generated sparks for a given kinetic impact energy and given explosive gas/air-mixtures are not possible. An extensive literature looking confirms this state. This was and is a problem in making and revising standards. Simple ferritic steel is a common material for the construction of equipment also for non electrical applications intended for use in potentially explosive atmospheres for chemical and mechanical engineering and manufacturing technology. Therefore it was the objective of this study to get some statistical ignition probabilities depending on the kinetic impact energy and the minimum ignition energy of the explosive gas/air-mixture. This study was made with impact testing machines of BAM (Federal Institute of Materials Research and Testing) at three kinetic impact energies. The following results were obtained for all the reference gas/air-mixtures of the IEC-explosion groups (I methane, IIA propane, IIB ethylene, IIC acetylene, hydrogen): 1. It was not possible to generate ignitable mechanically sparks for kinetic impact energies below 3 Nm for the test conditions in this study respectively the impact kinetics and impact geometry of the impact machines. 2. Single mechanically generated particles were able to be a dangerous ignition source through oxidation process at kinetic impact energies of 10 Nm. Furthermore the tests have shown that the ignition probability for explosive gas/air-mixtures of the IEC-explosion group IIC is below 10 %. The literature shows that ignitions of gas/air-mixtures of the IEC-explosion group IIB can not be excluded. 3. By using the relatively high kinetic impact energy of 190 Nm the tests have shown that it is possible to ignite all explosive gas/air-mixtures of the IEC-explosion groups by a single impact independent of an oxidation process. The ignition probability is 100 % in case of explosive gas/air-mixtures of the IEC-explosion group IIC. In case of the group IIA and I the ignition probability drops to below 10 %. The tests have further shown that the ignition probability depends on a multitude of parameters. An interpolation of the results between the kinetic impact energies of 10 Nm and 190 Nm is not possible. Future studies will include more tests with other kinetic impact energies. The results of the tests can be used for the validation of numeric simulations. T3 - BAM Forschungsberichtreihe - 279 KW - Nichtelektrische Funken KW - Mechanisch erzeugte Funken KW - Schlagfunken KW - Funken KW - Partikel KW - Schlagenergie KW - Kinetische Schlagenergie KW - Schlagfunkenmaschine KW - Reibfunken KW - Heiße Oberflächen KW - Reibwärme KW - Zündwahrscheinlichkeit KW - Zündgefahrenbewertung KW - Zündwirksamkeit KW - Mechanically generated sparks KW - Non electrical sparks KW - Impact sparks KW - Sparks KW - Particle KW - Impact energy KW - Kinetic energy KW - Impact test machine KW - Grinding sparks KW - Hot surface KW - Grinding energy KW - Ignition probability KW - Risk assessment KW - Ignition effectiveness PY - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-1727 SN - 978-3-9811655-1-7 SN - 0938-5533 VL - 279 SP - 1 EP - 54 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-172 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Grunewald, Thomas A1 - Finke, Robert A1 - Grätz, Rainer T1 - Untersuchungen zur Zündwahrscheinlichkeit und Datenanalyse zur Erfassung der Einflussgrößen mechanisch erzeugter Stahl-Schlagfunken in explosionsfähigen Brenngas/Luft-Gemischen T1 - Investigations into the probability of ignition and data analysis to record the mechanical influencing variables generated steel impact sparks in explosive fuel gas/air mixtures N2 - Mechanisch erzeugte Schlagfunken stellen in explosionsgefährdeten Bereichen eine potentielle Zündquelle dar. Eine Vielzahl von mechanischen und reaktionskinetischen Einflüssen verursacht dabei eine komplexe Interaktion von Parametern, von deren Auswirkung auf die Zündwahrscheinlichkeit bislang wenig bekannt ist. Die statistisch erfassten Eigenschaften von Schlagfunken in dieser Untersuchung lassen auf stochastische Prozesse schließen, bei denen die Anzahl der durch einen Schlagprozess abgetrennten Partikel und deren Oxidationsverhalten sowie die Höhe der kinetischen Schlagenergie entscheidenden Einfluss auf die Zündwahrscheinlichkeit hat. Statistisch belastbar konnte in Ergänzung zum BAM Forschungsbericht 279 durch empirische Untersuchungen erstmals die Zündwahrscheinlichkeit von mechanisch erzeugten Stahl-Schlagfunken mit der Werkstoffpaarung unlegierter Stahl/unlegierten Stahl von W = 3 Nm bis 277 Nm ermittelt werden. Ferner wurde die Zündfähigkeit von durch energiereiche Schlagvorgänge (≥ 190 Nm) abgetrennten nicht oxidierten Partikeln erhöhter Temperatur in überstöchiometrischen Gemischen nachgewiesen. Während eine eindeutige Korrelation von Schlagenergie und Zündwahrscheinlichkeit sowie eine Korrelation von Schlagenergie und Anzahl abgetrennter Partikel festgestellt wurden, lieferte die Untersuchung in Hinblick auf die gemessenen einzelnen Parameter (wie z. B. Anzahl, Größe, Geschwindigkeit, mögliche Oxidation und Oxidationszeit und –verhalten der Partikel im Zusammenhang zur Schlagenergie und zur Zündwahrscheinlichkeit) kein eindeutiges Ergebnis. Auch eine Hauptkomponentenanalyse (PCA), die die Interaktion der einzelnen Parameter berücksichtigt, konnte keine spezifische Kombination messbarer Eigenschaften der Partikel finden, die mit einer deutlichen Erhöhung der Zündwahrscheinlichkeit korreliert. N2 - Mechanically generated impact sparks are a potential ignition source in explosive atmospheres. A great number of mechanical and procedural chemical reactions are the reason of a complex interaction of the influencing variables. The influence of the ignition probability is only little known. The summary of the statistically collected characteristics of mechanically generated impact sparks is a stochastic process, but the number and the oxidizing characteristic of the separated particles and the amount of the kinetic impact energy are the important influence of the ignition probability. Empirical studies and the review to the BAM science report 279 represent for the first time and statistically firm the ignition probability of mechanically generated impact sparks for homogeneous ferritic steel pairing in the impact range from W = 3 Nm to 277 Nm. Furthermore it shows the ignition probability from separated not oxidized but increased temperature sparks generated through high- energy impacts (≥ 190 Nm) in hyperstoichiometric air/gas-mixture. Whereas the study clearly shows a correlation between impact energy and ignition probability and between impact energy and number of separated particles, it doesn’t statistically clearly show a correlation between impact energy and individual values (like number, dimensions, possible oxidizing process, oxidizing time an oxidizing characteristics). Also a realized Principal Component Analysis (PCA) taking into account the interaction between the summary of the number of influencing variables, shows no specific combination of measurable properties of the particles correlating with a significant increase of the ignition probability. T3 - BAM Forschungsberichtreihe - 292 KW - Mechanisch erzeugte Funken KW - Schlagfunken KW - Stahl-Schlagfunken KW - Schlagvorgang KW - Schlagversuche KW - Partikel KW - Explosionsfähige Gasgemische KW - Werkstoffe KW - Zündgefahr KW - Zündquellen KW - Zündwahrscheinlichkeit KW - Mechanically generated sparks KW - Impact sparks KW - Impacts KW - Particles KW - Explosive atmosphere KW - Ignition hazard KW - Ignition source KW - Ignition probability PY - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-1595 SN - 978-3-9813853-0-4 SN - 0938-5533 VL - 292 SP - 1 EP - 64 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-159 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Grunewald, Thomas A1 - Grätz, Rainer T1 - Ermittlung der Zündwahrscheinlichkeit mechanisch erzeugter Schlagfunken in explosionsfähigen Brenngas/Luft-Gemischen - Untersuchung der Werkstoffkombination Stahl/Stahl KW - Explosionsschutz KW - Zündquellen KW - Nichtelektrischer Explosionsschutz KW - Mechanisch erzeugte Funken KW - Schlagfunken KW - Zündgefahrenanalyse PY - 2007 SN - 1434-9728 SN - 1436-4948 SN - 0372-2457 SN - 0376-1185 VL - 48 IS - 6 SP - 45 PB - Springer-VDI-Verl. CY - Düsseldorf AN - OPUS4-14998 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Grunewald, Thomas A1 - Grätz, Rainer A1 - Kühne, Hans-Carsten T1 - Werkzeuge zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen - Erkenntnisse zur Zündwahrscheinlichkeit von Edelstahl und NE-Metallen gegen Baustahl und Estrichbeton in Wasserstoff und Acetylen N2 - Üblicherweise werden Werkzeuge für den industriellen Einsatz aus hochlegierten Chromstählen hergestellt. Für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen werden oft Werkzeuge aus speziellen Nichteisen-Metalllegierungen (NE-Metall) verwendet. Für diese sogenannten funkenarmen Werkstoffe und deren mögliche Schlagpartner gibt es bisher keine umfassenden Untersuchungen mit Aussagen zur Zündwahrscheinlichkeit. Die TRGS 723, Abschn. 5.15, fordert den Nachweis der Funkenfreiheit der verwendeten Werkstoffpaarung. Jedoch sind Werkzeuge keine Geräte oder Schutzsysteme im Sinne der Richtlinie 2014/34/EU. Deshalb ist es nicht möglich, Werkzeuge in Übereinstimmung mit dieser Richtlinie zu zertifizieren. Der Nachweis der Erfüllung dieser Anforderungen ist durch Zertifizierungen im sogenannten "gesetzlich nicht geregelten" Bereich möglich. Die BAM bietet diese Zertifizierung für "Funkenarme Werkzeuge" im Rahmen ihres Zertifizierungsprogrammes an. Die bisherigen Ergebnisse der hier vorgestellten Untersuchung haben gezeigt, dass es keine funkenfreien, metallischen Werkzeuge (non-sparking Tools) gibt. Entscheidend ist im Hinblick auf die TRGS 723, ob zündfähige Funken entstehen oder nicht. Es ist immer die Frage, worauf die Werkzeuge im praktischen Anwendungsfall schlagen oder fallen gelassen werden können, d.h. aus welchem Material der mögliche Schlagpartner besteht. Dies können metallische Schlagpartner, aber auch Betonoberflächen sein. Unterschiedliche Kombinationen von Werkstoffen ergeben bei Schlagbeanspruchung im explosionsgefährdeten Bereich jeweils unterschiedliche Zündwahrscheinlichkeiten. Aber auch die Höhe der beim Einsatz der Werkzeuge möglichen kinetischen Schlagenergie und der Brenngas/Luft-Atmosphäre im betreffenden explosionsgefährdeten Bereich sind wichtige Einflussgrößen. KW - Mechanisch erzeugte Funken KW - Nichtelektrische Funken KW - Schlagfunken KW - Schleiffunken KW - Reibfunken KW - Funkenarmes Werkzeug KW - Funkenfreies Werkzeug KW - Nichtelektrischer Explosionsschutz KW - Non sparking tools PY - 2021 U6 - https://doi.org/10.37544/2191-0073-2021-11-12-33 SN - 2191-0073 VL - 11 IS - 11-12 SP - 33 EP - 37 PB - VDI Fachmedien CY - Düsseldorf AN - OPUS4-53936 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Holländer, Lars A1 - Grunewald, Thomas A1 - Grätz, Rainer T1 - Ist Edelstahl funkenärmer als unlegierter Stahl? - Untersuchungen zur Wahrscheinlichkeit der Zündung explosionsfähiger Atmosphären durch Schlagvorgänge bei der Verwendung von Edelstahl N2 - Die Konformitätsbewertung als Voraussetzung für das Inverkehrbringen von Geräten, die in den Geltungsbereich der Europäischen Richtlinie 94/9/EG fallen, bedarf einer Zündgefahrenbewertung, die auch die Gefahren durch 'mechanisch erzeugte Funken' berücksichtigen muss. In einem Forschungsvorhaben wurden in diesem Zusammenhang die von Edelstahlschlagfunken ausgehenden Zündgefahren untersucht. KW - Mechanisch erzeugte Funken KW - Schlagfunken KW - Edelstahl KW - Edelstahl-Schlagfunken KW - Edelstahl-Funken PY - 2014 SN - 2191-0073 VL - 4 IS - 11/12 SP - 32 EP - 35 PB - Springer-VDI-Verl. CY - Düsseldorf AN - OPUS4-32142 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Grunewald, Thomas A1 - Grätz, Rainer A1 - Hollaender, L. T1 - Ist Edelstahl wirklich funkenärmer als unlegierter Stahl? N2 - Experimentelle Untersuchungen zu streifenden Schlägen mit verschiedenen Edelstahlsorten in explosionsfähigen Atmosphären, jeweils bestehend aus Wasserstoff, Acetylen, Ethylen bzw. Propan mit Luft, haben gezeigt, dass deren Zündwahrscheinlichkeit sowohl von der Art des Brenngas-Gemisches als auch der Höhe der kinetischen Schlagenergie abhängt. Ein Einfluss des Chromgehaltes im Edelstahl auf die Zündwahrscheinlichkeit durch mechanisch erzeugte Schlagvorgänge konnte in dem untersuchten Bereich des Chromgehaltes nicht nachgewiesen werden, obwohl ein steigender Chromgehalt die Oxidationsfähigkeit abgetrennter Partikel erhöhter Temperatur tatsächlich senkt. Ferner haben weitere Werkstoffeigenschaften wie die Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärmekapazität, Dichte und Härte einen Einfluss auf die Zündwahrscheinlichkeit mechanischer Edelstahl-Schlagvorgänge bei Wasserstoff/Luft-Gemischen. Mit steigender Wärmeleitfähigkeit des Edelstahls sinkt die Zündwahrscheinlichkeit. Für die spezifische Wärmekapazität, Dichte und Härte konnte kein Einfluss nachgewiesen werden. Für Schlagvorgänge wurden in der Norm EN 13463-1:2009 Grenzwerte für die maximale kinetische Schlagenergie festgelegt, unterhalb derer die Entstehung einer wirksamen Zündquelle als unwahrscheinlich angenommen werden kann. Dabei wurde zwischen Schlagvorgängen mit funkenarmen Metallen, wie z. B. Kupfer, Messing, und Schlagvorgängen mit sogenannten „sonstigen Werkstoffen“ unterschieden. Die Grenzwerte dieser sonstigen Werkstoffe resultieren aus Versuchen der BAM mit unlegiertem Baustahl. Bei solchen Schlagvorgängen wird von Oxidationsprozessen einzelner Partikel mit dem Luftsauerstoff ausgegangen, die das Gasgemisch aufgrund des hohen Temperaturanstiegs entzünden. In industriellen Anwendungen wie zum Beispiel der chemischen Industrie wird jedoch statt ferritischem Stahl überwiegend Edelstahl verwendet. Im Allgemeinen gilt mit Chrom hochlegierter Edelstahl bei Schlagvorgängen gegenüber ferritischem Stahl als funkenärmer, da die Oxidationsfähigkeit von Edelstahlpartikeln mit steigendem Chromgehalt abnimmt. Aufgrund der abnehmenden Oxidationsfähigkeit postulierte Voigtsberger, dass abgetrennte Edelstahlpartikel mit einem Anteil von 18,11 % Chrom nicht mehr oxidieren können. Bei den eigenen Schlagversuchen der BAM konnte zwar eine sinkende Oxidationsfähigkeit der Partikel, aber keine abnehmende Zündwirksamkeit von Edelstählen mit steigendem Chromgehalt beobachtet werden. T2 - 14. BAM-PTB-Kolloquium CY - Berlin, Germany DA - 14.06.2016 KW - Funken KW - Schlagfunken KW - Mechanisch erzeugte Funken KW - Nichtelektrische Funken PY - 2016 SN - 0938-5533 VL - 2016 SP - 92 EP - 99 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin, Germany AN - OPUS4-36596 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Grunewald, Thomas A1 - Grätz, Rainer A1 - Holländer, Lars T1 - Entwicklung normativer Anforderungen an explosionsgeschützte nichtelektrische Geräte resultierend aus der Zündfähigkeit mechanisch erzeugter Schlagfunken (NAMES) N2 - Die Ergebnisse des Forschungsprojektes zeigen, dass Schlagvorgänge mit Edelstählen eine erhebliche Zündgefahr von explosionsfähigen Brenngasgemischen darstellen können. Dabei bestehen jedoch mitunter deutliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Brenngasgemischen. Besonders hohe Zündwahrscheinlichkeiten konnten bei Brenngasgemischen mit Brenngasen der IEC-Explosionsgruppe IIC beobachtet werden, die Acetylen bzw. Wasserstoff als Brenngas enthielten. Schläge im Wasserstoff/Luft-Gemisch waren dabei jedoch bedeutend zündwirksamer. In diesem Gasgemisch konnte bei nied-rigen maximalen Schlagenergien bis 60 J sogar eine mitunter höhere relative Zündhäufigkeit beobachtet werden als bei Versuchen mit unlegiertem Baustahl. KW - Funken KW - Mechanisch erzeugte Funken KW - Schlagfunken KW - Reibfunken KW - Mechanische Funken KW - Mechanische Geräte KW - Explosionsschutz KW - ATEX KW - Nichtelektrische Geräte PY - 2015 UR - https://www.tib.eu/de/suchen/id/TIBKAT%3A877987866/Entwicklung-normativer-Anforderungen-an-explosionsgesch%C3%BCtzte/?tx_tibsearch_search%5Bsearchspace%5D=tn SP - 1 EP - 38 AN - OPUS4-38581 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -