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- 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse (8)
Wärmeschutz aber richtig
(1958)
Dr. Stefan Seeger of the German Federal Institute for Materials Research and Testing (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung - BAM) tells of his successful experience using Granta's CES software to make an eco-materials knowledge resource for automotive, construction, and other industries in the Berlin region.
Aufgrund der Endlichkeit der Phosphorlagerstätten und der zu erwartenden Preissteigerungen auf dem Weltmarkt werden Rückgewinnung, Kreislaufflührung und sparsamer Umgang mit dem essentiellen Makronährstoff Phosphor zunehmend interessant. Der P-Rückgewinnung aus biogenen Abfallstoffen wird hierbei zukünftig eine bedeutende Rolle zukommen. Die Aufarbeitung von Klärschlammaschen zu P-Düngemitteln kann in diesem Zusammenhang einen entscheidenden Beitrag leisten.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden statische und dynamische Versuche zur thermochemischen Behandlung von Klärschlammaschen mit dem Ziel der Bereitstellung eines geeigneten Sekundärrohstoffes für die P-Düngemittelproduktion durchgeführt. Statische Versuche mit Edelsole (MgCl2Lösung) als Cl-Donator zeigten dass eine weitgehende Schwermetallabreicherung unter signifikanter Steigerung der P-Pflanzenverfügbarkeit möglich ist. Die Schwermetalle wurden in die entsprechenden Chloride überrührt und konnten aufgrund ihrer hohen Dampfdrücke bei Betriebstemperaturen von etwa 1000°C über die Gasphase von der Asche separiert werden. Arsen, Chrom und Nickel konnten mit dieser Behandlungsmethode jedoch nicht entfernt werden. Des weiteren wurde mit der Behandlung nicht für alle untersuchten Klärschlammaschen der Grenzwert der aktuellen Düngemittelverordnung für Kupfer unterschritten. Verbesserungen in Hinblick auf die Reinigungsleistung und die technische Umsetzbarkeit des Verfahrens ließen sich durch Versuche mit Chlorgas als CL-Donator erzielen. Alle Schwermetalle inklusive Arsen, Chrom und Nickel konnten bereits ab einer Betriebstemperatur von 850°C deutlich unter die Grenzwerte nach Düngemittelverordnung abgereichert werden. Die Pflanzenverfügbarkeit des Phosphors war vergleichbar mit den Produkten aus der Behandlung mit Edelsole.
Die Citratlöslichkeit konnte von etwa 50-70% (Rohasche) auf 100% (mit Cl2-Gas behandelt) angehoben werden. Bei der kleintechnischen Umsetzung des Verfahrens im Drehrohrofen traten jedoch erhebliche Korrosionsprobleme m Verbindung mit den verwendeten Stahlwerkstoffen auf. Hier besteht Entwicklungsbedarf.
Im Rahmen der Untersuchungen wurde gezeigt, dass die vorgeschlagene thermochemische Behandlung von Klarschlammaschen zur Bereitstellung eines Ausgangsmaterials für die P-Düngemittelherstellung geeignet ist und somit ein erhebliches Potential zur nachhaltigen Kreislaufführung der endlichen Ressource Phosphor erschlossen werden kann. Das thermochemische Verfahren führt sowohl zur weitgehenden Entfernung der Schwermetalle als auch zu einer deutlichen Verbesserung der Pflanzenverfügbarkeit des Phosphors. Diese erfolgversprechenden Ergebnisse sollten durch weitere kleintechnische Untersuchungen ergänzt werden, um die Basis für eine großtechnische Anwendung zu schaffen.
Kurzfassung An neun verschiedenen Hardcopygeräten wurden in unterschiedlichen Emissionsmesskammern (zwei verschiedene 1 m³ - Kammern und eine 20 m³ - Kammer) in Kombination mit geeigneten Probenahme- und Analysenverfahren Untersuchungen zum Emissionsverhalten dieser Geräte hinsichtlich Staub, Ozon und VOC (TVOC) durchgeführt. Luftprobenahme und Analytik erfolgten für VOC mittels Tenax TA und anschließender Thermodesorption (TDS) in Verbindung mit GC / MS. Ozon wurde kontinuierlich bestimmt. Der Ozonanalysator arbeitete auf der Grundlage der flammenlosen Reaktion von Ozon mit Ethylen nach dem Prinzip der Chemilumineszenz. Die Staubbestimmung erfolgte gravimetrisch mittels Glasfaserfilter und Ultramikrowaage. Zusätzlich wurde die Partikelemission während des Druckbetriebes mit einem Partikelzähler bestimmt. Aufgrund der technischen Rahmenbedingungen standen nur kurze Druckzeiten von maximal 36 Minuten zur Verfügung. Um die Gleichgewichtskonzentration in der Prüfkammer zu erreichen, wurde die Luftaustauschrate in den 1 m³ - Kammern auf n = 4,0 bis 4,7 pro Stunde erhöht. Zusätzlich zur Prüfung in den Emissionsmesskammern sind verschiedene Papiere mittels Direkt - TDS sowie unter- schiedliche Toner mittels Headspaceprobenahme in Kombination mit GC / MS hinsichtlich ihres Emissionsverhaltens untersucht worden.
Für die untersuchten Geräte wurden Emissionsraten ermittelt. Sie betrugen für TVOC 0,41 bis 22,4 mg pro Stück und Stunde, für Ozon kleiner 0,02 bis 4,6 mg pro Stück und Stunde sowie für Staub 0,10 bis 7,63 mg pro Stück und Stunde. Verglichen mit Frischfaserpapier wurden bei den Untersuchungen mit Recyclingpapier deutlich höhere SVOC - Konzentrationen nachgewiesen. Im Ergebnis der Untersuchungen wurde ein Prüfverfahren entwickelt, das die Basis für Emissionsmessungen im Rahmen der Umweltzeichen RAL UZ 62, RAL UZ 85 sowie des neuen RAL UZ 114 für Multifunktionsgeräte darstellt. Abstract The emission behaviour with regard to dust, ozone and VOC (TVOC) of nine different hardcopy devices in combination with suitable air sampling and analysis procedures was investigated in different emission test chambers (two different 1 m³ - chambers and one 20 m³ - chamber). Air sampling and analysis for VOC were done by means of Tenax TA and subsequent thermal desorption (TDS) in connection with GC / MS. Ozone was determined continuously. The ozone analyser worked on the basis of the flame rid reaction of ozone with ethylene according to the principle of chemiluminescence. The dust determination was done gravimetrically by means of glass fibre filter and an ultra micro - balance. Additional the particle emission during the printing process was measured with a particle counter. The general technical conditions of the tested hardcopy devices were the reason for short printing times with a maximum of 36 minutes. In order to achieve the equilibrium concentration in the test chambers the air exchange rate in the 1 m³ - test chambers had to be increased to a value of n = 4,0 to 4,7 per hour. Additional to the examination of the hardcopy devices in the emission test chambers different papers were investi- gated by means of direct - TDS and different toners were tested by means of head space sampling in combination with GC / MS. For the examined hardcopy devices emission rates were determined. The emission rates for TVOC ranged from 0,41 to 22,4 mg per piece and hour, for ozone from less than 0,02 to 4,6 mg per piece and hour and for dust from 0,10 to 7,63 mg per piece and hour. The comparison between recycling paper and paper produced from primary fibres showed in general higher SVOC emissions from recycling paper. As the result of the investigations a test method for the determination of emissions from hardcopy devices was developed. This test method is the basis for emission tests in the framework of the German Award of the Environmental Label for office devices RAL -UZ 62, RAL -UZ 85 and the new RAL -UZ 114 for multifunctional devices.
An neun verschiedenen Hardcopygeräten wurden in unterschiedlichen Emissionsmesskammern (zwei verschiedene 1 m³ - Kammern und eine 20 m³ - Kammer) in Kombination mit geeigneten Probenahme- und Analysenverfahren Untersuchungen zum Emissionsverhalten dieser Geräte hinsichtlich Staub, Ozon und VOC (TVOC) durchgeführt. Luftprobenahme und Analytik erfolgten für VOC mittels Tenax TA und anschließender Thermodesorption (TDS) in Verbindung mit GC / MS. Ozon wurde kontinuierlich bestimmt. Der Ozonanalysator arbeitete auf der Grundlage der flammenlosen Reaktion von Ozon mit Ethylen nach dem Prinzip der Chemilumineszenz. Die Staubbestimmung erfolgte gravimetrisch mittels Glasfaserfilter und Ultramikrowaage. Zusätzlich wurde die Partikelemission während des Druckbetriebes mit einem Partikelzähler bestimmt. Aufgrund der technischen Rahmenbedingungen standen nur kurze Druckzeiten von maximal 36 Minuten zur Verfügung. Um die Gleichgewichtskonzentration in der Prüfkammer zu erreichen, wurde die Luftaustauschrate in den 1 m³ - Kammern auf n = 4,0 bis 4,7 pro Stunde erhöht. Zusätzlich zur Prüfung in den Emissionsmesskammern sind verschiedene Papiere mittels Direkt - TDS sowie unterschiedliche Toner mittels Headspaceprobenahme in Kombination mit GC / MS hinsichtlich ihres Emissionsverhaltens untersucht worden. Für die untersuchten Geräte wurden Emissionsraten ermittelt. Sie betrugen für TVOC 0,41 bis 22,4 mg pro Stück und Stunde, für Ozon kleiner 0,02 bis 4,6 mg pro Stück und Stunde sowie für Staub 0,10 bis 7,63 mg pro Stück und Stunde. Verglichen mit Frischfaserpapier wurden bei den Untersuchungen mit Recyclingpapier deutlich höhere SVOC - Konzentrationen nachgewiesen. Im Ergebnis der Untersuchungen wurde ein Prüfverfahren entwickelt, das die Basis für Emissionsmessungen im Rahmen der Umweltzeichen RAL UZ 62, RAL UZ 85 sowie des neuen RAL UZ 114 für Multifunktionsgeräte darstellt.
Beschichtete Holzwerkstoffe und daraus hergestellte Produkte, wie z.B. Möbel, sind in nahezu jedem Innenraum mit vergleichsweise großen Oberflächen anzutreffen. Vor dem Hintergrund einer Vielzahl von in Innenräumen verwendeten unterschiedlichen Materialien und Produkten und dem Ziel, die Belastung der Innenraumluft mit flüchtigen organischen
Verbindungen möglichst gering zu halten, ist eine weitgehende Minimierung von Emissionen dieser Verbindungen aus den genannten möglichen Quellen notwendig. Zu diesem Zweck, auch im Hinblick auf die Umsetzung der Konzeption der Bundesregierung zur Verbesserung der Luftqualität in Innenräumen wurde das bestehende deutsche Umweltzeichen RAL-UZ 38 (Blauer Engel) Formaldehydarme Produkte aus Holz und Holzwerkstoffen überarbeitet. Für das Ziel einer Erweiterung von der Einzelverbindung Formaldehyd auf ein breites Spektrum an flüchtigen organischen Verbindungen war ein geeignetes Prüfverfahren als Basis der neuen Umweltzeichen-Vergabegrundlage zu entwickeln. Die Ergebnisse der hierfür durchgeführten Untersuchungen können dem Abschlußbericht entnommen werden.
Das entwickelte Pruefverfahren zum Nachweis der Emission von Holzschutzmittelwirkstoffen in die Luft basiert auf einer Emissionsmesskammer in Kombination mit einem geeigneten Probenahme- und Analysenverfahren. Unter Beruecksichtigung der insbesondere bei schwererfluechtigen Holzschutzmittelwirkstoffen auftretenden Senken- bzw. Wandeffekte hat sich eine Emissionsmesskammer auf der Basis eines 20 I-Exsikkators unter den gewaehlten Randbedingungen als besonders geeignet erwiesen. Fuer die Probenahme (Adsorption) eines breiten Spektrums an untersuchten Wirkstoffen (Pentachlorphenol, Lindan, Furmecyclox, Dichlofluanid, Propiconazol, Tebuconazol, Permethrin, Deltamethrin) laesst sich spezieller Polyurethanschaum vorteilhaft einsetzen. Unterschiedliche Desorptionsverfahren (Soxhletextraktion, superkritische Fluessigextraktion (SFE), Elution) haben sich als geeignet erwiesen. Insbesondere die Elution mit Aceton als Loesemittel ist unter dem Aspekt von Zeit- und Geraeteaufwand besonders empfehlenswert. Fuer die Analytik kam insbesondere die Kapillar-Gaschromatographie mit unterschiedlichen Detektoren (FID, NPD, ECD, MSD, AED) zur Anwendung. Beim Einsatz der Kapillar-Gaschromatographie laesst sich prinzipiell halbquantitativ auch die Probenahme auf anderen Adsorbentien (Tenax oder Glaswolle) in Kombination mit einer nachfolgenden Thermodesorption einsetzen. Bei Verwendung von Tenax in Kombination mit nachfolgender Thermodesorption ist auch der quantitative Nachweis einiger leichter fluechtiger Wirkstoffe (Lindan, Furmecyclox, Dichlofluanid) und auch anderer Holzschutzmittel-Inhaltsstoffe, wie Loesemittel und Weichmacher, moeglich. Mit dem eingesetzten Verfahren laesst sich die Emission der Wirkstoffe Lindan, Furmecyclox, Dichlofluanid, Propiconazol, Tebuconazol, Permethrin und mit Einschraenkung Deltamethrin, sowie Pentachlorphenol nachweisen. Auch fuer andere biozide Wirkstoffe in einem vergleichbaren Fluechtigkeitsbereich, sowie fuer andere Materialien als Holz und Holzwerkstoffe, ist eine Eignung anzunehmen, im Einzelfall jedoch naeher zu untersuchen.
ITEP project 2.1.1.2 - Final report - Reliability model for test and evaluation of metal detectors
(2004)
Metal detectors used in demining have been tested within the frame of the International Test and
Evaluation Programme project ITEP 2.1.1.2. Detection reliability tests were performed in accordance
with the CEN workshop agreement describing specifications for test and evaluation (CWA 14747:2003). Results of these tests are aimed to verify and should help to optimise the proposed testing
procedures.
Eine sachgerechte Ladungssicherung ist immer so auszulegen, dass sämtliche im normalen Versandprozess auftretenden Belastungen berücksichtigt werden. Dazu gehören sowohl Vollbremsungen und Ausweichmanöver im Straßenverkehr als auch schwere See, Rangierbelastungen oder Spitzenbelastungen beim Containerumschlag. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, sind für die mit der Beladung von Ladegefäßen betrauten Personen praxisrelevante Kenntnisse über die Auswirkungen von Versandbelastungen unentbehrlich.
Dieses Schulungshandbuch soll dazu beitragen, jenes praxisrelevante Wissen zu vermitteln, welches den mit der Beladung von Containern und anderen Ladegefäßen von Stückgut beauftragten Personen ein gezieltes und sachgerechtes Handeln ermöglicht. Dabei liegt es in der Natur dieses Handbuches, dass lediglich die theoretischen Grundlagen erarbeitet werden können, welche durch praktische Tätigkeiten und gezielte Übungen ergänzt werden müssen. Dazu werden diverse Kurse und praktische Übungen von unterschiedlichen Verbänden und Firmen angeboten.
Die zu vermittelnden Schulungsinhalte sind thematisch in fünf unabhängige Module aufgeteilt, welche die Bausteine des praxisrelevanten Wissens darstellen, das für eine sachgerechte Ladungssicherung im Container erforderlich ist. In diesen Moduln werden die Themenbereiche "Versandbelastungen", "Ladungssicherungsmittel und -maßnahmen" sowie "Container und Containerbeladung" behandelt. Darüber hinaus sind separate Module für die Verdeutlichung der (wirtschaftlichen) Notwendigkeit und der rechtlichen Verantwortlichkeiten und den Bereichen "Gefahrgutverpackungen im Container" erarbeitet worden.
Die Inhalte des Schulungshandbuches sind in Anlehnung an anerkannte Richtlinien, insbesondere die CTU-Packrichtlinien (CTU= Cargo Transport Unit), erarbeitet worden.
Der erhöhte Zusatz metallischer Reststoffe aus der Stilliegung und dem Rückbau
kerntechnischer Einrichtungen bei der Herstellung von Behältern aus Gusseisen mit
Kugelgraphit führt einerseits durch das Recycling zu einer Reduzierung der Menge
des endzulagernden radioaktiven Metallschrottes, aber andererseits auch zu einer
nachteiligen Beeinflussung sicherheitsrelevanter Werkstoffeigenschaften. Unter den
hochdynamischen Beanspruchungsbedingungen der nicht mit Stoßdämpfern ausgerüsteten Behälter liegt die Bruchzähigkeit um mehr als die Hälfte unter dem Mindestwert für die bisher genehmigten Werkstoffqualitäten, was eine Anpassung der sicherheitstechnischen Bewertungsmethoden für Behälter aus Gusseisen mit Kugelgraphit an den neuen Werkstoff erfordert. Im ersten Teil des Projektes EBER wurden dazu die Grundlagen erarbeitet. In diesem zweiten Teil wird die Beanspruchungsanalyse der Behälter weiter vervollkommnet. Die Werkstoffdämpfung wird mittels einer Analyse der Ausbreitung von Spannungswellen im Gusseisen berechnet. Die Behälterstruktur wird genauer als bei den bisherigen Berechnungen in den Modellen abgebildet. Im Mittelpunkt steht die Weiterentwicklung des sicherheitstechnischen Bewertungskonzeptes. Zur Bewertung von rissartigen Werkstofffehlern in geometrisch
komplexen Behälterpartien wurden statische und dynamische bruchmechanische nu-
merische Berechnungen eines Risses in einer Hohlkehle und in der Mitte einer Behälterwand durchgeführt. Die Berechnungsergebnisse wurden für spezielle Anwendungsfälle verifiziert, für die bereits Lösungen bekannt sind. Die gewonnenen Erkenntnisse
wurden in einfach zu handhabende Bewertungsdiagramme umgesetzt. Das sicherheitstechnische Bewertungskonzept wurde schließlich bei einem Fallversuch mit einem
rissbehafteten Prototypbehälter definierter Werkstoffqualität überprüft. Eine Minderung
der Beanspruchung infolge konstruktiver Verbesserungen (größere Hohlkehlen, Bodenleiste) durch den Behälterkonstrukteur konnte dabei bestätigt werden.
Im vorliegenden Bericht wurden 11 Fußbodenbelagskleber, eine Grundierung, eine Spachtelmasse, 14 Teppiche, 5 PVC-Bodenbeläge, drei Linoleum-Beläge, ein Kautschukbelag und ein Polyolefinbelag über einen Zeitraum von mindestens 28 Tagen mittels Prüfkammer- bzw. Prüfzellenmessung auf ihr Emissionsverhalten untersucht. Die Emissionsmessungen an den Einzelmaterialien Kleber und Bodenbelag sollten die möglichen Emissionen (Substanzen und Konzentrationen) und deren zeitlichen Verlauf ermitteln. Außerdem wurden die Emissionen aus 7 Materialkombinationen ermittelt. Dazu gerhörten drei Komplettaufbauten aus Estrich, Grundierung, Spachtelmasse und Kleber mit den Belägen Teppich, PVC und Linoleum sowie 4 Verbundsysteme. Dies waren: Verbundsystem Estrich/Grundierung/Spachtelmasse/Kleber, Verbundsystem Glasplatte/Kleber/Teppich, Verbundsystem Glasplatte/Kleber/PVC-Belag und das Verbundsystem Estrich/Kleber. Die Emissionen aus den Komplettbauten wueden durch Sorptionseffekte und durch die unterschiedliche Durchlässigkeit der Bodenbeläge beeinflusst. Dabei waren die Emissionen aus den Komplettaufbauten und Verbundsystemen jeweils geringer als die Summe der Emissionen der entsprechenden Einzelmaterialien. Ergänzende Untersuchungen wurden durchgeführt zur Vergleichbarkeit der Emissionsmessungen in unterschiedlichen Prüfkammern (Volumen 1 m3 und 0,02 m3) bzw. Messzellen(Volumen 1 l und 0,035 l [FLEC]). und bei 42 Klebern zur Anwendbarkeit der Direkt-Thermodesorption (dynamische Headspace-Methode) als Screening-Verfahren. Des weiteren wurden Versuche durchgeführt, um die Auswirkungen unterschiedlicher Probenherstellung (Trägermaterial, Auftragsmenge, Auftragsart) auf die Emissionen aus den Fußbodenklebern abschhätzen können. Die durchgeführten Untersuchungen stellen eine Grundlage zur Erarbeitung eines Umweltzeichens für Fußbodenkleber dar.
An verschiedenen Dämmstoffen, Montageschäumen, Computersystemen und Polstermöbeln sowie einer Matratze
wurden mittels unterschiedlicher Emissionsprüfkammern und -zellen in Kombination mit geeigneten Probenahme- und
Analyseverfahren Untersuchungen zur Emission polybromierter und phosphororganischer Flammschutzmittel (FSM)
durchgeführt. Hierbei kamen Emissionsprüfkammern mit Volumina von 0,02 m3 und 1 m3 sowie 0.001 m3 -
Emissionsprüfzellen zum Einsatz. Die hier untersuchten Substanzen zählen zu den SVOC und erfordern eine
Luftprobenahme durch Adsorption an Polyurethanschaum. Die Aufarbeitung des Polyurethanschaums erfolgte mit
Ultraschallbad- bzw. Soxhletextraktion, die Extrakte wurden aufkonzentriert und mit GC/MS oder HPLC/DAD vermessen.
Die ursprünglich angestrebte Versuchsdauer von jeweils 28 Tagen musste auf mindestens 100 Tage verlängert werden,
um einen für die Messung erforderlichen Gleichgewichtszustand zu erreichen. Mit den eingesetzten Verfahren läßt sich
die Emission der phosphororganischen FSM qualitativ und quantitativ gut nachweisen, hierzu gehören insbesondere
TCPP und TPP. Ausnahmen bilden z.B. RDP und BDP, hier wird die Emissionsmessung mittels Luftprobenahme durch
den Einfluss von Senkeneffekte dominiert. Für die bromierten FSM ist eine gute Anwendbarkeit für Verbindungen mit bis
zu sechs Bromatomen gegeben. Mit zunehmendem Bromierungsgrad und zunehmender Schwerflüchtigkeit verstärkt sich
auch hier der Einfluss von Senkeneffekten und erschwert die Bestimmung der Emission. So konnte HBCD zwar auf den
Kammerwandflächen jedoch, abgesehen von Spuren, nicht in der Emissionsprüfkammerluft nachgewiesen werden. Die
Erkenntnisse reichen für eine umfassende Darstellung des Emissionsverhaltens der FSM und darauf aufbauender
Expositionsbewertungen für den Gebrauch flammgeschützter Produkte noch nicht aus. Es bestehen weiterhin
Kenntnislücken, um die z.T. hohen Gehalte an FSM z.B. in Hausstäuben erklären zu können. Gleichwohl bildet die Studie
eine wesentliche Grundlage für weiterführende Untersuchungen. In Abhängigkeit vom Produkttyp betragen die ermittelten
flächenspezifischen (SERa) Emissionsraten z.B. für TCPP zwischen 0,012 und 140 µg m-2 h-1. Nachgewiesene PBDEs
zeigten je nach Produkttyp produktspezifische Emissionsraten (SERu) zwischen 0,1 und 14,2 ng Stück-1h-1 und SERa
zwischen 0,2 und 6,6 ng m-2 h-1. Eine Ausweitung z.B. auf Langzeitmessungen, die Bestimmung des Einflusses der
Materialalterung sowie unterschiedlicher Flammschutzmittelgehalte auf die Emission, die hier mangels hinreichender
Information und entsprechenden Produkten nicht durchgeführt werden konnte, wäre wünschenswert.
This report is a literature review of the current state of knowledge of fireworks
and fireworks hazards. It presents work to meet Deliverables D4-1 (types and compositions
of fireworks Articles), D4-2 (Functioning mechanism of and between fireworks
articles), D4-3 (Storage and transport regulations in EU countries) and D4-4 (The effect
of fireworks on health and the environment) of the CHAF work program.
Firework compositions are discussed in the first section. This leads to an understanding
of the variability in performance of various types of fireworks. Compositions
used in report effects are highlighted as being the most energetic while other compositions
are seen as providing a much lesser hazard in mass storage of fireworks. Individual
types of firework are examined. Large devices such as report shells are identified as
posing the largest hazard in bulk storage. Lesser, but still significant, hazards are predicted
for similar compositions in Roman candles and rockets. Gradations in hazard are
identified corresponding to UN hazard divisions 1.1, 1.3 and 1.4.
The second section reports the literature relating to the functioning mechanism of
and between fireworks articles. In this the major propagation mechanisms for fireworks
compositions are examined. The main stimuli identified are: fragment impact, heat and
shock wave, each of which can lead to the functioning of pyrotechnic composition in
the article or in an adjacent article leading to large-scale initiation. Consideration of the
pyrotechnic compositions leads to a different ranking for the three mechanisms with different
fireworks types. Thus with a report composition containing a metal/perchlorate
mixture shock initiation is seen to be the main propagation mechanism. Such a mechanism
is likely to afford a mass explosion. At a lesser hazard, blackpowder-based compositions
are reported to be more likely to propagate via a flame mechanism. This is less
likely to produce a mass explosion.
National legislation concerning the storage of fireworks for many European countries
is considered in the third section. Many of the national regulations are based on a
cube root of explosives content to determine "safety distances", often written as Q1/3.
Different multiplying factors are then applied depending on the type of adjacent site
(production buildings, residential housing, roads etc.). Commonly 22Q1/3 is used for residential
dwellings. Special provisions are enacted in many countries either to allow
lesser distances or in some cases to increase the safety distances depending on the
perceived hazard or extenuating circumstances.
The final section deals with the environmental hazards posed by the use of
fireworks. Toxic effects of the materials used in the manufacture and the likely reaction
products from functioning fireworks are highlighted. These range from heavy metal
poisoning from metals present for their colour effect to respiratory problems due to
pyrotechnic fume (both particulate and gaseous). Finally, noise pollution is considered.
While there is a short term problem from pyrotechnic fume at times of high usage
(national celebrations) there is no literature evidence, as yet, of long term detriment to
the environment.
This is the first part (Deliverable 6-1) of workpackage 6 (WP6) in the framework of a research project funded by the European Community on the "Quantification and control of the hazards associated with the transport and bulk storage of fireworks" which was given the acronym CHAF. The work in this package aims to characterize selected packaged fireworks in standard UN classification tests by measuring the physical conditions (temperature, pressure, radiation, etc.), acting during testing and to use the results to provide benchmark data for the rest of the CHAF project. The objective of Deliverable 6-1 was to identify the types of fireworks that should be used for the benchmarking tests. This was achieved by developing the information generated in the literature review for the project (WP4). A critical element of the work was to attempt to identify fireworks close to the boundaries between different UN Hazard Divisions so that the accuracy of the UN classification assignments, as applied to fireworks, could be tested. This document outlines the types of fireworks selected for benchmark testing and the rationale behind the selection. Having identified the fireworks required a way forward to identify suitable suppliers is given.
Evaluation of methods for the analysis of soils according to § 8 of the German Federal Soil Protection Act (BBodSchG)
The German Federal Soil Protection Act establishes the conditions for effective soil protection and remediation of contaminated sites. In the German Federal Soil Protection and Contaminated Sites Ordinance (BBodSchV) limiting values and methods for the determination of environmentally harmful substances in soils are fixed. The aim of this project was to evaluate selected methods by comparative investigations and proficiency testing schemes. New methods for the determination of inorganic and organic pollutants should be developed and compared with the existing standard
methods. Despite the widespread use of ICP-OES up to now no national or international standard is available for the determination of heavy metals in soil extracts with this analytical method. The influence of spectral and non spectral interferences on the accuracy of the results was systematically investigated, especially based on aqua regia soil extracts. Analyte concentration equivalents were determined, too. Based on these results a proposal for a standard was submitted to the corresponding working group of ISO TC 190.[...]
Im Rahmen des FE-Vorhabens wurde das Dokumentationssystem zum Stand der Sicherheitstechnik (DOSIS) durch das
Teilvorhaben Anlagen zur Lagerung und Umschlag von Flüssiggas erweitert. Anhand von relevanten Gesetzen,
Verordnungen, Technischen Regeln usw. und den Erfahrungen aus der Begutachtung von Flüssiggasanlagen wurden die
sicherheitstechnischen Anforderungen entsprechend dem vorgegebenen Datenbankmodell dokumentiert. Hierzu wurde eine spezifische Vorgehensweise entwickelt, um die komplexen Anlagenkonzepte für die Eingabe in das Dokumentationsystem zu systematisieren.
Auf die Anwendungsgrenzen des Dokumentationssystems, die erforderlichen Folgearbeiten zum inhaltlichen und
informationstechnischen Abgleich aller Teilprojekte und die Notwendigkeit der Aktualisierung der Datenbank unter dem
Gesichtspunkt der in nahen Zukunft zu erwartenden europäischen Harmonisierung der sicherheitsrelevanten Vorschriften ist hingewiesen worden.
Explosionsgrenzen von Wasserstoff/Sauerstoff-Gemischen (Abschlussbericht zum Vorhaben VH2226)
(2002)
The device output of ISO/IEC-test chart files which include colours defined in the CIELAB colour space and the
corresponding device dependent colour spaces shows a lot of problems. The correponding colours produce very
different output or no output difference on monitors and printers. Sometimes for the present standard software
the monitor output is very different and there are no output differences on printers or vice versa. If a PostScript
MTL code (Measurement, Transfer and Linearization) is added to the code of an ISO/IEC-test chart (the NP file)
then the output of the new FP file produces the same output as expected by users and CIE colorimetry if CIELAB
colours and related device dependent colours are used for input. For this intended output property the definition of
the Colour Workflow (CW) and the Output Linearization (OL) is included in all ISO/IEC-test charts of the FP form.
- Remark: The output of this paper produces large color differences (often 20 CIELAB) for the NP files on most
printers and monitors. The large colour differences for corresponding colours of different colour spaces are not
intended by users and CIE colorimetry. The output of the FP files produces no colour differences as intended.
A reflective and transparent ISO/IEC-test charts no. 3 according to ISO/IEC 15775 and DIS ISO/IEC 19839-1
to -4 is used for different tests of colour reproduction on printers and monitors in the office which is illuminated by
daylight D65. The reflective ISO/IEC-test chart produced by DIN and JBMA in offset printing has a contrast range of
1:35. The calculation and production of a transparent ISO/IEC-test chart is described which produces the same
contrast range for a standard 2.5% reflection condition. The transparent ISO/IEC-test chart has a contrast range of
1:10.000 and on top of the "white" monitor screen with the standard illumination of 500 lux the office lighting reduces
to the standard contrast range between black and white to 1:35. The office illumination changes additionally the 16
step spacing and the appearance of the 16 grey samples on the monitor of both the tranparent test chart on top and
of a digital test chart output. The contrast range and the spacing of the 16 grey steps for the printer and the monitor
output and the transparent ISO/IEC-test chart which is fixed on a "white" monitor screen can be made equal. The
reflective or transparent ISO/IEC-test chart allow to test many properties of the working place in the office, e. i. by
recognition of Landolt-rings, line screens, Siemens stars, 16-step spacing etc. The recognition and spacing is
highly influenced by the office illumination, the luminance and surface reflection properties of the monitor and the
imaging software.
The procedure to produce equidistant 16 step grey spacing for the printer and monitor output is described. The
digital ISO/IEC-test chart no. 3 which includes CIELAB L* lightness input data is used to produce a linear input -
output relationship. It is only necessary to replace the 16 linear (ideal) L* data in the ISO/IEC-test chart file (in
PostScript file format at the beginning) by the 16 L* output data of the printer or monitor output to produce the
intended equally spaced 16 step grey output. In the standard test chart file the L* lightness input data vary within the
standard range between L*=18.0 and L*=95.4. In the digital NP-file the L* data are used by the PostScript (PS)
operator L* setcolor for the standard CIELAB colour space. In the digital CP-file the L* data are transferred to
relative lightness w* which is zero for black N and 1 for white W and the PS operator w* setgray is used. The digital
FP-file includes a PostScript MTL code (Measurement, Transfer and Linearisation) which produces a linear
relationship between the w* input data (between 0 and 1) and the L* lightness output on any printer or monitor. It is
described how to use the reflective or transparent ISO/IEC-test charts to produce this linear relationship by visual
comparison (or CIELAB or XYZ measurement) with the reference. If the transparent BAM-test chart as refererence
is NOT available a training method with a digital test chart as reference is described which leads to the linear input -
output relationship. At present often monitors (and printers) show for the 16 grey steps of the achromatic ISO/IECtest
chart no. 3 mean differences of 10 in lightness L* (between 0 and 25). The method of this paper often allows to
reduce the lightness differences from 10 to less then 3 (by a factor 3 to 5). This is then below the tolerance of 3 which
is intended in ISO/IEC 15775 for colour copiers. So the output on different printers and monitors will be made very
similar.
Corresponding colours of the olv* and cmy0* colour spaces (described by the PS image operators "4 colorimage, 3
colorimage and image" and described by the PS vector graphic operators "setcmykcolor, setrgbcolor and setgray")
show in a lot of cases an equal output as required by users and colorimetry. For many software - hardware combinations
the colours defined in the olv* and cmy0* colour spaces appear very different (about 15 CIELAB) in the
output. An example is the software Adobe Reader which produces a brownish output on the monitor for the greys
defined in the cmy0* colour space compared to the achromatic output for greys defined in the olv* colour space.
An ISO/IEC-test chart file uses the 6 different PS operators on one page. This test chart is used for a system test
(combinations of hardware and software) of the device colour output. For this test the 16 step colour scales of Fig.
B4 and D4 of the ISO/IEC-test chart according to ISO/IEC 15775 are used. If unexpected result occur then there are
methods to correct the output. e. g. by the MTL code (Measurement, Transfer and Linearisation).
A local, global or external transfer is used to make the output of raw scan olv*' image data of slide and negative film
very similar. A large variation of exposure has no influence on the output. For slide film this exposure range is
between about -0,5 stops (under exposure) and +1,0 stops (over exposure). For negative film the exposure range is
between about -1,0 stops (under exposure) and +3,0 stops (over exposure). The output appears the same for a local
and external transfer. All the different exposures of two film materials are shown on one page. The global transfer is
applied to an image of the flower motif (Fig. B1 and D1 of ISO/IEC-test chart according to ISO/IEC 15775).
The four analog ISO/IEC-test charts in reflectance mode according to ISO/IEC 15775 are designed for
the test of colour copiers. The test charts include many image elements. e. g. Siemens-stars, Landoltrings
and 16 step equally spaced colour scales according to CIELAB. Most important for image
technology is the ISO/IEC pictorial image B1 which includes a 16 step grey scale and 16 CIE-test
colours.This image comes in 5 resolutions between 128 x 192, 256 x 384, and 2048 x 3096 pixels. For
analog production the digital ISO/IEC-test charts are described in ISO/IEC 15775.
Some applications of the digital and analog ISO/IEC-test charts for printers, monitors and scanners will
be discussed. Recently three methods to optimize the ISO/IEC-test chart output have been developed.
Between the digital input values and the CIELAB colour difference of the 16 step colour series a linear
relationship is produced. This linear property allows new and very simple colour management methods.
The application of these methods for the production of the reference ISO/IEC-test charts and for colour
management of slide and negative film images as function of exposure is shown.
Four analog ISO/IEC-test charts according to ISO/IEC 15775 are designed for the test of colour
copiers. The International Standard ISO/IEC 15775 includes the LAB* (CIELAB) data and many cmy*
data of the colours used in the test charts. The digital ISO/IEC-test chart files include mainly cmy*
colour data but also LAB* data for the CIE-test colours and are available on the recommended web
servers. The files have been used for the production of the ISO/IEC-test charts in Germany and Japan.
This paper uses either LAB* or cmy* data in the digital files and still the colour output is identical.
With additional Output Linearisation (OL) the 16 step colour series are produced with equal spacing in
CIELAB. The 16 step series are produced by linearized devices with an accuracy of less than 3 CIELAB
units intended for the office environment. The CIELAB colour difference is often reduced by a factor
3 to 5 for the 16 step series on the surface of the colour solid. For the CIE-test colours which are mainly
located inside the colour solid the accuracy seems to be similar compared to the accuracy of the ISO/
IEC-test chart productions in offset which is near 10 CIELAB units.
The user requirement for a linear relationship between CIELAB data and cmy* data is realised.
This linear CIELAB - cmy* colour workflow for offices seems to be both simple and effective. The
yellowness data y*=0.5 will produce a yellow in CIELAB space visually in the middle between white W
and yellow Y. This is similar for the other series, e. g. white - black. Therefore there is agreement with
the basic user requirement. The linear relationship between cmy* and CIELAB has many advantages
for colour image technology. Slightly different output colours compared to the intended CIELAB colours
can be corrected in the digital input file by using the linear CIELAB difference of the output and the
intended CIELAB colour. The CIELAB - cmy* workflow is linear which may be compared to the
nonlinear rgb workflow of the International Standards IEC 61966-X. The spacing of the rgb coordinates
of the Standards IEC 61966-X is incompatible with the CIELAB spacing.
Four ISO/IEC-test charts have been defined in ISO/IEC 15775 (1999) to specify image reproduction of
colour copiers. Corresponding test charts have been defined in DIN 33866-1 to 5 (in print) to specify
image reproduction of colour copiers, printers, scanners and monitors. All colours of all test charts are
defined in CIELAB coordinates. In applications the devices including software are used for test chart
input and output in the three different combinations "analog - analog" (copiers), "digital - analog"
(printers, monitors) and "analog - digital" (scanners, Photo-CD-systems).
This paper uses mainly ISO/IEC-test colours of a 16 step grey scale (defined by olv*-coordinates
according to the standard) in the original scene to calibrate the variable (photographic and Photo-CD)
analog-digital process. The relative digital olv*-input data and the digital olv*'-output data are used to
get approximately the same digital output (image file) independent of exposure (e. g. between -1 stop
under to +2 stop over exposure for slide or negative film) and other variables, e. g. the digitizing Photo-
CD-process. This "direct" colour management method adds a new method compared to the ICC colour
management method which fails to handle variable processes and can not manage the variable data of
original scenes taken by the photographic process.
For colorimetric colour management and
communication 8bit colour codes in perceptive
space (*colour space) are described. Two Standard
Gamut Colour codes for Printing (PR) and Television
(TV) and one universal Wide Gamut Colour code
(WGcode) which includes all real colours of both PR
and TV. There are reverse transformations between
the two different SGcodes of PR and TV, the
universal WGcode and the CIELAB colour
coordinates. The SGcodes and the WGcode are
compatible with CIELAB, ISO/IEC 15775 and DIS
ISO/IEC 19839-1 to 4 which specify image
reproduction properties of colour copiers, printers,
scanners and monitors. These standards correspond
to DIN 33866-1 to 5.
The SGcodes and the WGcode can be calculated for
all colours of the four ISO/IEC-test charts which are
all defined in CIELAB coordinates. Main colour
series are equally spaced in CIELAB colour space
both in lightness L* and chroma C*. Up to now there
are productions of DIN (German Standard Institute)
and JBMA (Japan Business Machine Makers
Association) according to ISO/IEC 15775 which can
be used for all applications.
The 8bit SGcode of television is similar compared to
the nonlinear 8bit code of the sRGB colour space
defined in IEC 61966-2-1:1999-10 which is
incompatible to CIELAB and ISO/IEC 15775.
The committees ISO/IEC JTC1/SC28 and DIN-NI-28 "Information technology, Office equipment" have
worked together to develop the International Standard ISO/IEC 15775. The new national standards
DIN 33866-1 to 5 (in print, drafts May to Nov. 1999) and the International Standard ISO/IEC 15775
are based on equivalent colour series. Both use the same colour series both in digital and analog test
charts and approximately the same layout.
New colorimetric technologies of Germany and Japan have been used to produce the four DIN- and
ISO/IEC-test charts in offset printing (3600 dpi) which are in application for colour devices now.
The different productions will be shown, e. g. in halftone and continuous tone and in reflectance and
transmittance mode. Some problems of measurement (e. g. fluorencent photographic material) and the
accuracy of production is important for applications.
A flat area lamp which is shown at the conference has the chromaticity of D65. With transparent ISO/IEC-test chart material on top this equipment defines a reference monitor for comparison with display
output. For additional information see the URL: www.ps.bam.de
The International Standard series ISO/IEC 15775
and DIS ISO/IEC 19839-1 to 4 for specifying
image reproduction properties of colour reproduction
processes analog-analog (copiers), analog-digital
(scanners) and digital-analog (printers, monitors)
seem to overlap with the International Standard
series IEC 61966-X for scanners, printers and
displays. But there are fundamental differences. In
the ISO/IEC standards the coding of colours is
based on reflective colours (defined for standard
offset printing) and in the IEC series on luminous
colours (defined for television).
Members of the standard groups ISO/IEC JTC1/
SC28 and IEC TC100 TA2 which developed the
above standards try at the moment to define
extended colour spaces (wide gamut colour spaces)
compatible with the present spaces of the standards
ISO/IEC 15775:1999-12 and IEC 61966-2-1:1999-
10.The extended spaces should match the
requirements of both the users and the industry for
the different applications. Important advantages and
disadvantages of both solutions based on coding of
reflective and luminous colours are presented.
Four ISO/IEC-test charts in different modes (halftone
and continuous tone, in reflectance and
transmittance mode) have been defined in ISO/IEC
15775 and ISO/IEC DIS 19839-1 to 4 to
specify image reproduction properties of colour
copiers, printers, scanners and monitors.
Corresponding test charts have been defined in DIN
33866-1 to 5.
All colours of all test charts are defined in CIELAB
coordinates. Main colour series are equally spaced
in CIELAB colour space both in lightness L* and
chroma C*. Up to now there are productions of DIN
and JBMA (Japan Business Machine Makers
Association) according to ISO/IEC 15775 which can
be used for all applications.
Die Berechnung von Wärmebrücken unter stationären und instationären Randbedingungen, die Optimierung von Wärmespeichern, die Beurteilung sowohl wärmeschutz- als auch brandschutztechnischer Maßnahmen und Energiebedarfsrechnungen setzen die Kenntnis thermischer Eigenschaften, u.a. der Wärmeleitfähigkeit Lambda und der spezifischen Wärmekapazität c, in Abhängigkeit der Temperatur voraus. Im Rahmen einer Zusammenarbeit der EMPA-Dübendorf und der BAM-Berlin wurde ein Kurzzeit-Prüfverfahren mit anschließender numerischer Auswertung entwickelt, das eine simultane Bestimmung dieser beiden Größen ermöglicht. In dem Band wird über das Kurzzeit-Prüfverfahren, das numerische Auswerteverfahren und die Resultate der Messungen an einigen ausgewählten Baustoffen berichtet.
Das Ziel der vorliegenden Vorstudie ist es, die grundsätzlichen Anforderungen, Funktionen und Möglichkeiten vorhandener Software zur Simulation schweißbedingter Phänomene (Prozess-, Struktur- und Werkstoffsimulation) zu erarbeiten und gegenüberzustellen. Die notwendigen Eingabedaten, die vorausgesetzte Anwendererfahrung, sowie die Systemanforderungen und der Rechenzeitbedarf werden für sowohl kommerziell erhältliche als auch zur Zeit noch rein in der Forschung angewandte Programme berücksichtigt.
Nach Aufarbeitung des heutigen Kenntnisstandes der Schweißsimulation wird aktuell verfügbare Software diskutiert. Diese Programme lassen sich in Anlehnung an Radaj in drei Teilbereiche (Software für Struktursimulation, Prozesssimulation und Werkstoffsimulation) unterteilen. Schließlich wird auf notwendige Eingabedaten, hier vor Allem auf die Werkstoffkennwerte, eingegangen. Da die quantitative Aussagekraft der Simulationsergebnisse gewährleistet werden muss, ist eine umfassende Prüfung der Plausibilität und der Genauigkeit der experimentell bestimmten Werkstoffkennwerte notwendig.
Entsprechend der Zielsetzung des Vorhabens stand die weitere Etablierung des Werkstoffes Sphäroguß (GGG-40) im Bereich der Transport- und Lagerbehälter für radioaktive Stoffe im internationalen Rahmen im Vordergrund der durchgeführten Untersuchungen und Aktivitäten. Dabei gelang es, eine weitgehende fachliche Übereinstimmung hinsichtlich der Bewertungsmethoden und -kriterien zu erzielen und auf IAEA-Ebene zu etablieren. Zuvor vorhandene Vorbehalte insbesondere auf U.S.-amerikanischer Seite konnten wesentlich vermindert werden.
Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen konnte die außerordentliche Belastbarkeit eines Prototypbehälters aus Sphäroguß (CASTOR VHLW) unter extremen Beanspruchungssituationen nachgewiesen werden. So war selbst bei Spannungen im Bereich der Material-Streckgrenze und vorhandenem rißartigen Fehler an dieser Stelle keine Sprödbruchneigung des Werkstoffes erkennbar. Den entsprechenden 14 m-Fall auf zwei harte Widerlager mit daraus folgender hoher Biegebeanspruchung überstand der Behälter unbeschadet.
Mittels begleitender Werkstoffuntersuchungen wurden die Kenntnisse über die Zusammenhänge zwischen der chemischen Zusammensetzung der Gefügeausbildung und den mechanischen Eigenschaften von Sphäroguß erweitert. Dabei wurden sowohl unterschiedliche Gießverfahren (Sand- und Kokillenguß) in der Herstellung als auch die Auswirkungen von Umwandlungsprozessen im Gefüge infolge von Wärmebehandlungen diskutiert. Die statistische Auswertung von Einzelergebnissen im Rahmen der Qualitätssicherung bei der Begutachtung von Transport- und Lagerbehältern für radioaktive Stoffe wurde durch mechanische und bruchmechanische Untersuchungen an 24 Werkstoffsorten aus Gußeisen mit Kugelgraphit ergänzt.
Insgesamt konnten somit die Entwicklung und der Einsatz von Sphäroguß für Transport- und Lagerbehälter radioaktiver Stoffe durch umfangreiche experimentelle und analytische Untersuchungen sowie zahlreiche Fachdiskussionen auf internationaler Ebene positiv beeinflußt und wesentlich vorangetrieben werden.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung ein Begutachtungskonzept auf bruchmechanischer Basis für sog. Typ B(U)-Behälter aus Sphäroguß zum Transport und zur Lagerung radioaktiver Stoffe entwickelt, siehe dazu Abschlußbericht und Fachband 4. Zur Verifizierung des erarbeiteten Konzeptes wurden sowohl Fallversuche an einem Prototypbehälter, siehe Fachband 2, als auch umfangreiche Werkstoffuntersuchungen durchgeführt, siehe Fachband 3. Um jedoch die experimentellen Untersuchungen sinnvoll aufeinander abzustimmen, bedurfte es der Erarbeitung der entsprechenden theoretischen Grundlagen, welche Gegenstand dieses Fachbandes sind. Dabei wird das für die Berechnung gewählte Behältermodell erläutert und werden die im Hinblick auf unterschiedliche Fallsituationen erzielten Berechnungsergebnisse diskutiert. Diese dienten u.a. dazu, bestimmte Versuchsergebnisse (z.B. maximale Spannungen am Behälter) im Voraus abzuschätzen, um die für die bruchmechanischen Untersuchungen erforderlichen Versuchsparameter zweckmäßig einzustellen. Weiterhin weist der vorliegende Fachband in knapper Form auf die wesentlichen Grundlagen der relevanten Bereiche der Bruchmechanik sowie der Sprödbruchanalyse hin. Insbesondere der Fachband 4 beinhaltet hierzu weitergehende Details, die im Rahmen internationaler Fachdiskussionen auf IAEA-Ebene unter Mitwirkung der BAM als Stand von Wissenschaft und Technik gelten können.
Zur Beurteilung der Eignung des Werkstoffes "Sphäroguß" (GGG 40) für Behälter zum Transport und zur Lagerung radioaktiver Stoffe unter bruchmechanischen Gesichtspunkten wurden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens umfangreiche Versuche mit einem Prototypbehälter im Originalmaßstab durchgeführt.
Aufbauend auf die theoretischen Grundlagen und Berechnungsergebnisse (siehe Fachband 1 des Vorhabensberichtes) wurden gezielt Fallversuche durchgeführt mit dem Ziel einer Verifizierung der theoretischen Betrachtungen. So wurden zunächst 2 Fallversuche aus 9 m Höhe mit dem Prototypbehälter mit Stoßdämpfern durchgeführt und die Ergebnisse mit den SCANS-Berechnungen (siehe Fachband 1) verglichen.
Eine zweite Falltestserie mit dem Behälter ohne Stoßdämpfer auf zwei harte Widerlager führte zu erheblich verschärften Beanspruchungsbedingungen. Zusätzlich wurde der Behälter im Bereich maximaler Zugbeanspruchung mit einem rißartigen künstlichen Fehler versehen, so daß ein Festigkeitsnachweis unter bruchmechanischen Gesichtspunkten durchgeführt werden konnte. Mit den Ergebnissen dieser zweiten Falltestserie wurden sowohl das bruchmechanische Begutachtungskonzept (siehe Fachband 4) als auch die bruchmechanischen Festigkeitseigenschaften des Versuchsbehälters demonstrativ überprüft. Die Versuchsberichte 1507/I und 1507/II beinhalten die detaillierte Darstellung und Dokumentation der Ergebnisse zu allen durchgeführten Fallversuchen.
Gußeisen mit Kugelgraphit und ferritischer bzw. ferritisch-perlitischer Matrix gehören zu einer Werkstoffgruppe, die ausreichende Festigkeiten mit hohen Duktilitäten verbindet. Mit der vorliegenden Arbeit wurden die Kenntnisse über die Zusammenhänge zwischen der chemischen Zusammensetzung, der Gefügeausbildung und den mechanischen Eigenschaften erweitert. Dabei wurden sowohl unterschiedliche Gießverfahren (Sand- und Kokillenguß) in der Herstellung, als auch die Auswirkungen von Umwandlungsprozessen im Gefüge infolge von Wärmebehandlungen diskutiert. Die statistische Auswertung von Einzelergebnissen aus der qualitätssichernden Begutachtung von Lager- und Transportbehältern für radioaktive Stoffe wurden durch mechanische und bruchmechanische Untersuchungen an 24 Werkstoffsorten aus Gußeisen mit Kugelgraphit ergänzt.
Ziel der im Rahmen dieses Forschungsvorhabens durchgeführten Untersuchungen war der Nachweis der sicheren Auslegung von Transport- und Lagerbehältern radioaktiver Stoffe aus Gußeisen mit Kugelgraphit auch unter bruchmechanischen Gesichtspunkten. Das bisher im nationalen Rahmen für die Bauartprüfung derartiger sogenannter Typ B-Verpackungen (d.h. unfallsicherer Verpackungen) von der BAM angewandte Begutachtungskonzept basiert im wesentlichen auf experimentellen Festigkeitsnachweisen an Prototypbehältern mit entsprechend daraus abgeleiteten Anforderungen an die qualitätsgerechte Herstellung der Serienbehälter. Die Anforderungen an die Werkstoffqualität und die zerstörungsfreien Prüfungen (insbesondere Nachweis von Rissen durch Ultraschallprüfungen) werden so gewählt, daß ein gesonderter bruchmechanischer Nachweis nicht erforderlich ist. Dieses Begutachtungskonzept ist jedoch unmittelbar mit der Bedingung verknüpft, daß die maximale in der Behälterstruktur auftretende Nennzugspannung etwa 50 % der Werkstoff-Streckgrenze nicht überschreitet. Da dies u.U. eine erhebliche Einschränkung für bestimmte Behälterbauarten bedeuten kann, wird das Begutachtungskonzept derzeit um einen bruchmechanischen Festigkeitsnachweis erweitert, der weitgehend werkstoffunabhängig auch für Gußeisen mit Kugelgraphit anwendbar ist. Die Bereitstellung der dafür erforderlichen grundlegenden Erkenntnisse wurde unter direkter Mitwirkung der BAM auch im Rahmen dieses Forschungsvorhabens auf internationaler Ebene durchgeführt. Die Ergebnisse sind in einem "Technical Dokument (TECDOC)" der Internationalen Atomenergie-Behörde (IAEA) niedergelegt, welches diesem Fachband als Anlage beigefügt ist.
Ziel der Versuche war, den Einfluß eines sehr großen Oberflächenrisses (künstlicher Fehler) auf das Festigkeitsverhalten bei stoßartiger Belastung zu untersuchen. Geprüft wurde ein aus GGG 40 gegossener Behälter vom Typ CASTOR VHLW im Originalmaßstab. Vorgesehener Verwendungszweck dieses Behältertyps ist der Transport und die Lagerung verglaster hochradioaktiver Stoffe. Der Fallversuch wurde auf dem 100 t-Fallprüfstand der BAM in Lehre bei Braunschweig durchgeführt.
Geprüft wurde ein Transport- und Lagerbehälter für verglaste radioaktive Stoffe vom Typ CASTOR VHLW im Originalmaßstab. Die Fallversuche wurden auf dem 100 t-Fallprüfstand der BAM in Lehre bei Braunschweig durchgeführt. Mit dem Behälter wurden insgesamt 3 Fallversuche im Rahmen des Forschungsvorhabens durchgeführt. Davon zwei mit dem Behälter im Zulassungszustand (also mit Stoßdämpfer) aus einer Höhe von 9 Metern. Weiterhin ein 1-Meter-Fallversuch mit dem Behälter ohne Stoßdämpfer.
Mit der überarbeiteten Version der Vergabegrundlagen des Umweltzeichens Blauer Engel für Bürogeräte mit Druckfunktion (RAL-UZ 171:2012) wurde für die Partikelemission ein Prüfverfahren und ein Prüfwert eingeführt. Dies ergänzt die zahlreichen anderen Kriterien, die bereits Voraussetzungen für die Vergabe des Blauen Engels an Bürogeräte mit Druckfunktion waren. Die Anwendung des Prüfwertes für Partikelemissionen wurde von der Jury Umweltzeichen in 2012 zunächst nur für Geräte unterhalb 250 l Volumen - sogenannte Tischgeräte - beschlossen. Für größere Geräte (> 250 l, sogenannte Standgeräte) wurde eine Dokumentation des Messergebnisses im Rahmen des Prüfberichtes festgelegt. Ein Grund für diese Unterscheidung war die Tatsache, dass zu diesem Zeitpunkt für die Standgeräte keine für eine sinnvolle Festlegung eines Prüfwerts ausreichende Zahl an Messwerten und keine Erfahrungen aus entsprechenden Emissionsprüfungen vorlagen. Notwendig zur beabsichtigten Festlegung des Prüfwerts für die Partikelemission aus großen Bürogeräten war deshalb die systematische Erfassung und Bewertung der durch die anerkannten Prüfinstitute nach Inkrafttreten der RAL-UZ 171 ermittelten Ergebnisse. Dies wurde in diesem Forschungsprojekt durchgeführt. Das Forschungsprojekt befasste sich des Weiteren mit der Ermittlung und Beurteilung der Qualität der Partikelemissionsprüfungen auf Basis der zur Verfügung stehenden Prüfberichte in beiden Größenkategorien. Im Ergebnis stellte sich heraus, dass die Qualität der Prüfungen der Partikelemission insgesamt mit einer Fehlerquote von 3 % ungültiger Prüfungen sehr gut war. Ein weiteres Ergebnis ist, dass keine prüfmethodischen oder qualitätsrelevanten Gründe gegen die Anwendung des bestehenden Prüfwerts auf große Bürogeräte sprechen.
Die Studie gibt einen Überblick über den Umfang und die Struktur der Gefahrgutbeförderung auf Binnenschiffen und stellt die maßgeblichen sicherheitstechnischen Vorschriften dar. Aus dem Unfallgeschehen läßt sich entnehmen, daß in West-Deutschland jährlich ca. 1200 Binnenschiffsunfälle mit größenordnungsmäßig insgesamt 100 bis 300 m³ Ladungsaustritt verbunden sind, wozu fast ausschließlich Mineralölprodukte gehören, und zumeist ein oder zwei Unfälle den größten Beitrag liefern. Während nach Unfällen häufig mit Erfolg Ölsperren zur Begrenzung von Gewässerverunreinigungen eingesetzt werden können, führen ungeklärte Entsorgungsprobleme zu wesentlich kritischer einzuschätzenden, verdeckten Verunreinigungen der Gewässer. Insbesondere die Entsorgung von Ladungsresten bedarf in technischer, administrativer und wirtschaftlicher Hinsicht einer zufriedenstellenden Klärung wie sie z. B. bei der Bilgenwasserentsorgung existiert.
In Berührung mit Gips waren Blei, Aluminium und die Aluminiumlegierung AlMg genügend beständig, trotzdem versagte der galvanische Bleiüberzug als Schutz von Stahl, da der Überzug zu dünn und porenhaltig war, so daß die Korrosion durch Elementbildung Blei/Stahl nur gefördert wurde.
Stahl und Zink werden von Gips stark angegriffen. Dementsprechend ist von Zinküberzügen auch nur solange eine Rostverhinderung zu erwarten, bis der Überzug aufgebraucht ist. Diese Schutzwirkung ist unabhängig von der Art des Aufbringens der Überzüge; sie gilt also sowohl für Zinküberzüge nach dem Schmelztauchverfahren als auch für solche nach Spritz- bzw. galvanischen Verfahren. Durch das Phosphatieren wurde der Angriff von Gips auf Zink nur verzögert, während schon durch Phosphatieren und Ölen ein beachtenswerter Schutz erreicht wurde. Besonders zweckmäßig erwies sich auch das Chromatieren von galvanisch verzinkten Stahlblechen, die nach 12monatiger Beanspruchung noch eine gute Schutzwirkung aufwiesen.
Als Schutz gegen die Einwirkung von Gips haben sich ferner Anstriche bewährt, von denen Chlorkautschuk-, Alkydharz-, Rostschutzmennige-, Ölfarben- und Bitumenanstriche bereits auf den blanken Stahlblechen die Rostbildung verhinderten. Eine genügende Schutzwirkung war auch dann vorhanden, wenn der Deckanstrich beschädigt war. Rost wurde nur nach 50monatiger Versuchsdauer bei der Probe mit dem Chlorkautschukanstrich festgestellt.
Im Verhalten der verschiedenartigen Werkstoffe in Berührung mit Gips einerseits und Gipssandmörtel andererseits konnten keine merklichen Unterschiede festgestellt werden. Das für Gips beschriebene Verhalten gilt demnach auch für das Verhalten der Proben in Gipssandmörtel.
Von Kalkmörtel wurde Stahl nur verhältnismäßig wenig angegriffen. Noch günstiger verhielten sich Zink und Blei, während auf Aluminium und der Aluminiumlegierung AlMg starke, gleichmäßig ausgebildete Verkrustungen hervorgerufen wurden.
Die Rostbeständigkeit von Stahl konnte durch Phosphatieren, durch Feuerverzinken, durch galvanisches Verzinken und Chromatieren sowie durch Spritzverzinken noch wesentlich verbessert werden. Diese Proben blieben bis zur 12monatigen Versuchsdauer rostfrei. Nach 50monatiger Versuchsdauer versagte jedoch die Schutzwirkung der eingeölten Phosphatschicht auf Stahl.
Blanke Zinkbleche sowie solche, die phosphatiert bzw. phosphatiert und geölt waren, wurden 12 Monate lang nicht angegriffen. Erst dann konnten geringe Mengen von weißlichen Korrosionsprodukten aus Zinkverbindungen und eine leichte Verkrustung ihrer Oberflächen festgestellt werden.
Der galvanische Bleiüberzug auf Stahl hatte nur eine etwas verzögernde rostverhindernde Wirkung.
Als Rostschutz bewährten sich auch die bereits genannten Anstrichsysteme bis zu einer Versuchsdauer von 12 Monaten, dann traten insbesondere bei den nicht besonders vorbehandelten Stahlblechen Rosterscheinungen auf, die trotz Alkydharzlack und Bleimennigeanstrichs zu starken Zerstörungen der Oberfläche führten. Durch die Vorbehandlung vor dem Aufbringen der Anstriche durch Phosphatieren bzw. durch Reaktionsgrundierung konnte die Schutzwirkung auch bei diesen Anstrichen wesentlich verbessert werden.
Bei den Aluminiumproben wurden durch die Anstriche die Verkrustungen der Oberfläche verhindert.
Bei der Einwirkung von Kalkmörtel insbesondere auf die blanken Metalle konnte noch festgestellt werden, daß der Angriff an der Grenze Kalkmörtel/Luft begann. War die Einwirkung gering, so beschränkten sich die Veränderungen auf einen schmalen Streifen in dem Grenzgebiet. Mit fortschreitender Versuchsdauer breitete sich dieser Streifen, insbesondere bei Stahl, von der Oberfläche ausgehend gleichmäßig nach dem Inneren zu aus. Einzelheiten hierüber sind in der Tabelle aufgeführt. Auch an Lichtbildern kann das Fortschreiten des Angriffs mit der Zeitdauer deutlich verfolgt werden. Bei Kalkmörtel der verwendeten Mischung und Körnung ist somit damit zu rechnen, daß mit der Zeit Feuchtigkeit in die Grenzschicht zwischen Kalkmörtel und Metall eindringt. Zur Verhütung der Korrosion ist deshalb an den Übergangsstellen Kalkmörtel/Luft für eine dichte und sorgfältige Abdichtung zu sorgen.
Durch Zusatz des Frostschutzmittels wurde die angreifende Wirkung des Kalkmörtels deutlich erhöht. Diese wirkte sich besonders bei den reinen Metallen aus.
Im Beton verhielten sich im ungeschützten Zustand Stahl und Zink gut. Auf Aluminium und der Aluminiumlegierung AlMg wurden ähnlich wie in Kalkmörtel starke Verkrustungen festgestellt. Auf Blei bildete sich eine Schutzschicht. Nur am Übergang Beton/Luft konnte sich durch die speziellen Angriffsbedingungen die Schutzschicht nicht ausbilden, so daß hier die Oberfläche stärker angegriffen wurde.
Zinküberzüge, die nach den verschiedenen Verfahren aufgebracht worden waren, und die galvanische Verbleiung erwiesen sich als Schutz gegen die Einwirkung von Beton nicht als vorteilhaft. Dagegen trat bei den phosphatierten Stahlblechen kein Rost auf.
Durch das Phosphatieren von Zink wurde die Verkrustung begünstigt. Das Chromatieren bzw. Eloxieren von Aluminium und von der Aluminiumlegierung AlMg hatten auf die Verkrustung nur geringen Einfluß.
Durch die Anstriche konnte die Krustenbildung auf Aluminium und der Aluminiumlegierung weitgehend verhindert werden. Auf eloxiertem Untergrund bewährte sich hier besonders der Chlorkautschukanstrich.
Auch bei Beton wurde durch den Zusatz des Frostschutzmittels in den meisten Fällen der Angriff deutlich verstärkt. Ungünstig war die Wirkung vor allem dann, wenn statt des ebenmäßigen Angriffs die Korrosion punktförmig auftrat.
Die ungünstige Wirkung des Zusatzes von Frostschutzmitteln konnte weitestgehend durch Anstriche ausgeschaltet werden, wenn die Bleche durch Phosphatieren vorbehandelt bzw. eine Reaktionsgrundierung erfolgt war.
Besonders kraß machte sich die ungünstige Wirkung des Frostschutzmittelzusatzes bemerkbar bei den Stahlblechen, die verzinkt bzw. verbleit waren und auch bei den nicht vorbehandelten Blechen.
Während Stahl in Kalkmörtel und Beton im allgemeinen beständig ist, können bei Gegenwart von Feuchtigkeit, die durch ausgelaugte Stoffe aus den Baumaterialien alkalisch reagiert, Anstriche zerstört und anorganische Schutzschichten angegriffen werden. Die bei den Versuchen verwendeten Anstriche, insbesondere der Chlorkautschuk- und der Alkydharzanstrich, waren deshalb gewählt, weil sie eine gewisse Alkalibeständigkeit aufweisen. Diese Alkalibeständigkeit wurde durch die Versuche bestätigt. Der Rostschutzmennigeanstrich und die weiße Ölfarbe bewährten sich unter diesen Beanspruchungen nicht ganz so gut.
Aus den Untersuchungen folgt noch, daß die Stellen, an denen die Bleche aus dem Baustoff heraustreten, besonders korrosionsgefährdet sind. Von diesen Stellen aus kann die Korrosion nach dem Inneren des Bauwerkes hin vordringen. Außerdem wird die Korrosionsgefahr dann erhöht, wenn aus den Baustoffen alkalische Stoffe vollständig ausgelaugt werden, so daß bei erneutem Zutritt von Feuchtigkeit keine alkalische Wirkung und damit kein Schutz für Stahl vorhanden ist. Auch hierüber sind im Bericht Beispiele vorhanden.
Zusammenfassend folgt aus den Untersuchungen, daß Konstruktionen aus Stahl und anderen Metallen, die von Gips, Kalkmörtel oder Beton umgeben sind und teilweise aus den Baustoffen herausragen, durch metallische oder organische Überzüge mit genügender Sicherheit vor Korrosion geschützt werden können.
Vor dem Hintergrund der anhaltenden öffentlichen Diskussion um mögliche gesundheitliche Risiken von Ultrafein- und Feinstaubemissionen aus Bürogeräten mit Laserdruckfunktion (LPD, Laser Printing Device) wurde vom Umweltbundesamt ein Forschungsvorhaben zur Entwicklung einer Prüfprozedur für die Quantifizierung der emittierten Partikel durch Zählung unter Standardbedingungen in Emissionsmesskammern, sowie zur physikalischen und chemischen Charakterisierung dieser Aerosole initiiert. Als Ergebnis konnte die Partikelzählung in den Entwurf des Prüfverfahrens für die Bestimmung von Emissionen (RAL-UZ-122, Anhang S-M) des Umweltzeichens "Blauer Engel" für Bürogeräte sowie in den Prüfstandards ECMA-328 und den Entwurf der ISO/IEC 28360 integriert werden. Die Methode wurde in einem internationalen Ringversuch erfolgreich getestet. Auf dieser Basis können Vergabekriterien und -werte für die Emission von Fein- und Ultrafeinpartikeln im Rahmen der Vergabe des Umweltzeichens Blauer Engel vereinbart und Produktprüfungen vorgenommen werden.
Der Zweck der Dehnungsmessungen ist es in vielen Fällen, aus der Dehnung die zu erwartende Sicherheit eines Baukörpers zu ermitteln. Dazu müssen aus den Dehnungen über die Spannungen
die Lasten bestimmt werden.
Die Spannungsdehnungslinie des Werkstoffes ist aber von zahlreichen Parametern, wie Belastungsdauer, Beanspruchungsgeschwindigkeit, Spannungszustand, Eigenspannungen, abhängig.
Zur Deutung von Dehnungsmessungen muß die Vielfalt der Spannungsdehnungslinien einschließlich ihrer Endpunkte bekannt sein. Die Dehnungsmessung kann hierfür einen Teil, aber nicht die Gesamtheit der notwendigen Parameter liefern.
Die Feststellung der Spannungsdehnungskurve mit ihrer Hilfe ist Sache der Tragfähigkeitsforschung. Die hier zu lösenden Fragen, z.B. Bedeutung der Dehnungen im Atomgitter, Abhängigkeit der Verformungsfähigkeit vom Spannungszustand, Einfluß des Spannungsgefälles, der Beanspruchungsgeschwindigkeit usw., gehören zu den z.Z. wichtigsten Fragen der Werkstoffmechanik und Tragfähigkeitsforschung. Tragfähigkeitsforschung und Dehnungsmeßtechnik sind daher in ihrer Entwicklung gegenseitig voneinander abhängig.
Die prüfmäßige Ermittlung der Sprödigkeitsgrenzen von Baustählen im Anlieferungszustand ergibt eine breite Differenzierung, die für die Übergangstemperatur bei statischer Beanspruchung einen Bereich zwischen etwa -90 and -225°C, also von etwa 135°C einnimmt. Bei der Aufschweißbiegeprobe drängt sich dieser Bereich auf etwa 40°C, zwischen etwa +30 und -10°C liegend zusammen. Daraus geht hervor, daß die besseren Stähle durch das Schweißen eine größere Schädigung erfahren als die minderwertigen. Die Ursache sind innere Spannungen, die als Folge räumlich begrenzter Plastizierungen bei Erwärmung und Wiederabkühlung entstehen und die am stärksten bei den Stählen auftreten, welche bei den höchsten Geschwindigkeiten und tiefsten Temperaturen noch plastizieren. Dieselbe Theorie, welche die Qualität der Stähle in Anlieferungszustand bedingt (Becker - Orowan - Kochendörfer), begründet auch die Schädigung der qualifiziertesten Stähle durch das Schweißen. Trotzdem bleiben die qualifizierten Stähle noch überlegen:
1.) sie behalten noch einen, wenn auch kleinen Überschuß an Zähigkeit beim Aufschweißbiegeversuch,
2.) im Sprödigkeitsgebiet (-20°C) ertragen sic höhere elastische Biegewinkel und damit höhere Spannungen,
3.) die inneren Spannungen lassen sich durch Ausglühen umso leichter beseitigen, je besser die Qualität ist; bei Stählen minderer Qualität können schon beim Schweißen Schrumpfrisse entstehen.
Die Qualität ist dadurch gekennzeichnet, daß die Sprödigkeitsgrenzen des Stahles weit von den Gebrauchsbedingungen entfernt liegen. Die Ermittlung des Brucheinschnürungsquotienten aus dem Kerbschlagzug- und Kerbzugversuch im Anlieferungszustand und bei Raumtemperatur ist das einfachste Verfahren, welches anstelle der umständlichen Ermittlung der Temperaturkurven einen Maßstab für die Sprödigkeitsgrenzen abgibt. Zwischen diesem Prüfwert und den Ergebnissen des Aufschweißbiegeversuches wurden folgende Zusammenhänge gefunden:
1.) Die Bruchgefahr bei der Aufschweißbiegeprobe ist durch einen kleinen Brucheinschnürungsquotienten gekennzeichnet.
2.) lm Gebiet des spröden Bruches ordnen sich die elastischen Biegewinkel, d.h. die ertragenen Spannungen, nach der Größe des Brucheinschnürungsquotienten ein.
3.) Der Erfolg des Spannungsfreiglühens kann nach der Größe des Brucheinschnürungsquotienten vorausgesagt werden.
Die Sprödigkeitsfrage bei geschweißten dicken Profilen läuft also auf die Auswahl des Stahles unter Berücksichtigung seiner Sprödigkeitsgrenzen im Anlieferungszustand hinaus, wofür die Ermittlung des Brucheinschnürungsquotienten das geeignetste Prüfverfahren ist, und auf die Vervollkommnung der Vorrichtungen zum Vorwärmen oder Ausglühen großer Bauteile. Der Erfolg hängt hier von der richtigen Auswahl des Stahles ab.
Außer den Schrumpfspannungen treten noch Umwandlungsspannungen unter Martensitbildung auf. Ihre Beziehungen zu den ursprünglichen Sprödigkeitsgrenzen des Stahles, sowie zum Brucheinschnürungsquotienten im Anlieferungszustand sind noch durch Versuche aufzuklären.
Wenn man eine Kerbzugprobe im Pendelhammer zerschlägt und eine gleiche Probe in der Zerreißmaschine zu Bruch bringt, dann gibt der Quotient aus beiden gemessenen Brucheinschnürungen vollständigen Aufschluß über die Sprödigkeitsgrenzen des Werkstoffes, als Folge von Temperatur, Belastungsgeschwindigkeit und Spannungszustand. Die Sprödigkeitsgrenze ist dadurch gekennzeichnet, daß die Elastizität vollständig unterbunden ist. Man ermittelt die Sprödigkeitsgrenze, indem man das Plastizitätsgefälle in Abhängigkeit von einem der genannten Einflüsse feststellt. Geschieht dies in Abhängigkeit von der Temperatur, so treten große Versuchsstreuungen auf, die insbesondere bei tiefen Temperaturen und im Abfallgebiet der Zähigkeit sehr groß werden. Wird dagegen bei konstanter Raumtemperatur die Belastungsgeschwindigkeit variiert und das Plastizitätsgefälle durch Brucheinschnürungsmessungen festgestellt, dann sind die Ergebnisse so gut wie fehlerfrei. Daß man hierbei mit nur zwei Einschnürungsmessungen auskommt, hat seine Begründung in der Eindeutigkeit des Sprödigkeitsgesetzes. Es läßt keine vielseitigen Variationen aus der vier Bedingungen: Stoff, Temperatur, Geschwindigkeit und Spannungszustand zu, sondern seine gesetzmäßigen Möglichkeiten sind nur durch einen Punkt des vierdimensionalen Diagramms festgelegt. Diese empirische Entdeckung war die Folge der Versuchsauswertungen im obigen Bericht. Der Spannungszustand ist die für den Baustatiker wichtigste Bedingung. Sein Einfluß auf den Sprödbruch läßt sich auf das einfache Verhältnis der linearen Streckgrenze σ(S) zur Normalspannung σ(NF) im tragenden Querschnitt bei Fließeintritt zurückführen. Dieses Verhältnis ist - wenn es nicht unmittelbar experimentell gemessen werden kann - aus den räumlichen Spannungszuständen und der Spannungsverteilung zu entwickeln. Daß die Reduzierung beliebiger räumlicher Kräfte auf die drei Hauptspannungen und die Reduzierung dieser auf eine in gewünschter haupttragender Richtung schwierig oder auch noch nicht gelöst ist, wenn die primär angreifenden Kräfte mit einer ungleichmäßigen Spannungsverteilung behaftet sind, ist Künstlerpech der Elastostatik. Seitens der Physik, Werkstoffmechanik und Werkstoffprüfung kann das Problem des Sprödbruches als gelöst angesehen werden. Aber selbst, wenn solche präzisen Feststellungen nicht möglich sind, ist eine Einordnung des Spannungsquotienten σ(S)/σ(NF) in die von 0 bis 1 (linearer Zustand) reichende Skala leicht abschätzbar, innerhalb welcher die vorliegende Kerbzugprobe mit 0,33 zu beziffern ist.
Dieser umfassende Erfolg der Kerbschlagzugprüfung ist auf die Verbindung zwischen Versuchspraxis und Theorie zurückzuführen, die eine Folge der Kreissymmetrie der Probenform und der Einschnürungsmessung ist. Etwa aus diesen Gründen das Verfahren als umständlich oder schwierig anzusehen, entbehrt der Berechtigung, da sich die praktische Prüfung neben ihrer Exaktheit als einfacher herausstellt als die gealterte Kerbschlagbiegeprobe.
Keines der z.Zt. zur Diskussion stehenden Sprödigkeitsprüfverfahren erlaubt so weitgreifende Auswertungen der Versuchsergebnisse. Insbesondere sind die auf Biegung beanspruchten unsymmetrischen Probenformen mit Schlagarbeitsmessung nicht geeignet, eine Theorie so unmittelbar in die Wirklichkeit umzusetzen und man ist mit ihnen aufs Probieren angewiesen. Wenn man heute die Kerbschlagbiegezähigkeit künstlich gealterter Stähle als Maßstab für die Sprödigkeitsneigung einführen möchte, so läßt sich - ohne erst ausprobieren zu müssen - auf Grund theoretischer Erkenntnis sagen, daß sich die Stähle hinsichtlich ihres Alterungseffektes überhaupt nicht differentieren, da alle eine etwa gleich große Schädigung erfahren, die in einer Verschiebung der kritischen Geraden um etwa +70°C besteht. Wenn also die Kerbzähigkeit gealterter Stähle eine Differentierung erfährt, so nur deshalb, weil schon vor der künstlichen Alterung die kritische Gerade eine ungünstige Lage hatte. Das läßt sich aber ohne die Umständlichkeit des künstlichen Alterns mit der Kerbzugprobe ermitteln. Im übrigen werden im obigen Bericht die Unsicherheiten und die starken Streuungen der Kerbschlagbiegezähigkeit im gealterten Zustand erläutert, die darauf zurückzuführen sind, daß dieser Begriff kein so reiner Ausdruck für die Sprödigkeitsgrenzen wie der Brucheinschnürungsquotient ist, sondern Einflüsse enthält, die mit der Sprödigkeitsgrenze nichts zu tun haben.
Die Becker-Orowan-Kockendörfersche Plastizitätstheorie bildet eine anschauliche Grundlage für die Sprödigkeitsbedingungen. Danach sind für den Eintritt des Sprödbruches außer den Materialeigenschaften drei äußere Faktoren maßgebend: Temperatur, Belastungszeit und Spannungszustand (Gestalt). Um den Sprödbruch herbeizuführen, braucht man nur einen dieser drei Faktoren genügend zu verschärfen. Diesen Umstand macht sich die Materialprüfung zu Nutze, indem z.B. bei der Kerbschlagbiegeprobe Schlaggeschwindigkeit und Probenform unveränderlich bleiben und nur die Temperatur soweit erniedrigt wird, bis der Sprödbruch erfolgt. Die so ermittelte "Übergangstemperatur" ist - obgleich sie nur für diese speziellen Zeit- und Gestaltverhältnisse Gültigkeit hat - ein guter Vergleichsmaßstab für verschiedene Werkstoffe.
Nun ist aber die Prüfung bei veränderlichen, insbesondere niedrigen Temperaturen sehr umständlich. Deshalb wird bei dem hier beschriebenen Prüfverfahren nicht die Temperatur, sondern die Belastungszeit verändert. Infolge der achsen-symmetrischen Einkerbung und der daraus folgenden Möglichkeit, die Brucheinschnürung sehr einfach zu messen, kommt man mit nur zwei Geschwindigkeitsstufen aus, weil das zwischen beiden liegende meßbare Zähigkeitsgefälle für die Beurteilung der Sprödigkeitsneigung ausreicht, vorausgesetzt, daß man sich nahe der Sprödigkeitsgrenze befindet ohne aber die wirkliche Sprödbruchgrenze erreichen zu müssen.
In Auswertung der Theorie lassen sich die Bedingungen des spröden Bruches für eine bestimmte Probenform (Spannungszustand) im Geschwindigkeits-Temperatur-Schaubild durch eine gerade Linie (kritische Gerade) darstellen, welche im Schaubild das Gebiet des zähen Bruches vom Gebiet des spröden Bruches abgrenzt. Die Größe des Raumes zwischen der kritischen Geraden und den Gebrauchsbedingungen ist ein Maßstab für den Sicherheitsgrad des Werkstoffes gegenüber dem spröden Bruch. Die Formänderungsfähigkeit, die der Werkstoff unterhalb dieser Grenzen, also im Gebiet des zähen Bruches aufbringt, ist gänzlich unabhängig von den Sprödbruchbedingungen. Ein Werkstoffprüfverfahren bei Raumtemperatur muß mit Proben sehr scharfer Einkerbung bei entsprechendem Spannungszustand durchgeführt werden, damit die Ergebnisse in die Nähe der kritischen Geraden fallen; denn nur so lassen sich die Werkstoffe hinsichtlich ihrer Sprödigkeitsneigung differenzieren. Außerdem muß die Formänderungsfähigkeit herausdividierbar sein, damit sich die Sprödbruchbedingungen klar absondern lassen. Mildere Probenformen, z.B. die Kerbschlagbiegeprobe mit flacher, kreissegmentförmiger Kerbe, sind indifferent; sie geben nur die von der Sprödbruchneigung unabhängige Formänderungsfähigkeit wieder und bieten daher nichts Neues.
Bei dem vorliegenden Prüfverfahren wird der Sicherheitsgrad durch das Verhältnis der dynamischen zur statischen Brucheinschnürung Ψ(KS)/Ψ(K) bei der Kerbzugprobe wiedergegeben. Die statische Brucheinschnürung Ψ(K) kennzeichnet die Formänderungsfähigkeit, durch welche vor Eintritt der Sprödbruchbedingungen ein, die Sicherheit vermehrender plastischer Abbau von Spannungsspitzen ermöglicht wird.
Kaltreckschäden sind nicht so aufzufassen, daß sie nur bei "alterungsanfälligen" Stählen vorkommen; alle Werkstoffe erleiden Kaltreckschäden. Bemerkbar und gefährlich werden diese nur dann, wenn von vornherein der Quotient Ψ(KS)/Ψ(K) und damit der Sicherheitsgrad klein ist. Diese quantitative Erklärung macht es verständlich, daß der Quotient Ψ(KS)/Ψ(K) im ungeschädigtem Zustand so gute Voraussagen erlaubt.
Zugegeben, es ist nicht leicht die Thesen der Thermodynamik von Anstrengung und Stahlgüte in die Praxis zu übertragen. Das Endergebnis führt zu einer Sicherheit und schließlichen Einfachheit der Auswahl, wie sie mit bisherigen Methoden nicht erreicht wurden. Die eventuellen Unsicherheiten infolge wilder, nicht erfaßbarer Spannungen können durch einen thermodynamisch regulierten mechanischen Spannungsabbau und etwaigen nur an exponierten Stellen erforderlich werdenden thermischen Spannungsabbau kompensiert werden. Der Konstrukteur, welcher sich dieser Mittel sachgemäß bedient, kommt auf eine allen Ansprüchen gerecht werdende Standardstahlgüte, die - vom Erzeuger akzeptiert - die laufenden theoretischen Kontrollen der Sicherheit und damit das Problem einer Auswahl erübrigt. Die Definition dieser Güte, deren Klarheit allein den fortschrittlichen Erfolg ausmacht, kann nur mittels des in der Thermodynamik verankerten Prüfverfahrens vorgenommen werden.
Die vorgestellte Methode dient einerseits der Bewertung für die Anwendbarkeit von Finiten Elemente Diskretisierung für einschlägige, im Zeitraum arbeitende Rechenprogramme zur Berechnung von Boden-Bauwerk-Wechselwirkung des ideell elastischen oder viskoelastischen Halbraumes. Andererseits simulieren diese Programme bei Anwendung der diskutierten Randbedingungen den Halbraum ausreichend genau, so dass alle Vorteile der Zeitraumberechnung in der Praxis erhalten bleiben.
Auf der Basis von Prüfungsergebnissen an vorgegebenen einschaligen Schornsteinen mit unterschiedlichen lichten Querschnitten wurden die Oberflächentemperaturen in Abhängigkeit von dem lichten Querschnitt und jeweils gleichbleibender Wanddicke der Formstücke mit Hilfe des Computerprogramms " TASEF-2D" unter Voraussetzung stationärer Randbedingungen berechnet.