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Organisationseinheit der BAM
Paper des Monats
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The mechanical and geometrical properties of impact targets greatly influence the outcome of a drop test. The International Agreement concerning the International Carriage of Dangerous Goods by Road (ADR) as well as ISO 2248 describe the characteristics of impact targets for drop tests of dangerous goods packagings.
According to these regulations, the impact target’s surface needs to be unyielding, under testing conditions non-deformable, flat, and integral with a mass at least 50 times that of the heaviest packaging to be tested. The problem is that many production facilities, especially manufacturers of corrugated fibreboard boxes, do not have their own testing device with the required 50 times mass ratio of the impact target for a regulation compliant drop test during series production. Furthermore, at UN level it is considered necessary to revise these requirements.
In the present paper, the impact target requirements are examined in detail and compared with those in other technical areas (e.g., impact target for container for the transport of radioactive materials). A research method is being developed to investigate the dependency between the mass ratio of the packaging and the target as well as the damage resistance of a drop tested package in relation to specific design characteristics. The results are of high relevance for industry purposes and intended to ensure a uniform level of safety assessment for the mechanical testing of dangerous goods packagings.
To ensure safety when transporting dangerous goods, it is important to specify the flow properties of the respective solid filling substance of the packagings. For this purpose, the angle of repose is currently used for the UN approvals in Germany. Measurements were carried out on 12 powdery or granular substances applying the angle of repose measuring methods customary in the test centres. The results of the methods differ significantly from each other. In addition, some of the techniques cannot be applied for very cohesive or coarse-grained materials. The results for the angle of repose show a strong scatter for some constellations (coefficient of variation more than 20 %). Safety during transport of dangerous goods cannot be guaranteed with this currently practiced system of measuring the angle of repose. As a consequence, an alternative parameter to characterize the flow properties of bulk materials should be used in the recognized test centers for dangerous goods packagings, such as the Hausner ratio. This approach leads to more precise test results for the substances examined (maximum coefficient of variation 2.8 %). It also has advantages in terms of applicability and occupational safety.
Since the flow properties are safety-relevant, both in terms of mechanical safety and safety against the release of dangerous substances, the testing practice in the recognized test labs should be improved and standardized.
To ensure safety when transporting dangerous goods, it is important to specify the flow properties of the respective solid filling substance of the packagings. For this purpose, the angle of repose is currently used for the UN approvals in Germany. Measurements were carried out on 12 powdery or granular substances applying the angle of repose measuring methods customary in the test centres. The results of the methods differ significantly from each other. In addition, some of the techniques cannot be applied for very cohesive or coarse-grained materials. The results for the angle of repose show a strong scatter for some constellations (coefficient of variation more than 20 %). Safety during transport of dangerous goods cannot be guaranteed with this currently practiced system of measuring the angle of repose. As a consequence, an alternative parameter to characterize the flow properties of bulk materials should be used in the recognized test centers for dangerous goods packagings, such as the Hausner ratio. This approach leads to more precise test results for the substances examined (maximum coefficient of variation 2.8 %). It also has advantages in terms of applicability and occupational safety.
Since the flow properties are safety-relevant, both in terms of mechanical safety and safety against the release of dangerous substances, the testing practice in the recognized test labs should be improved and standardized.
In den von der BAM anerkannten Prüfstellen kommen derzeit unterschiedliche Methoden der Schüttwinkelmessung zum Einsatz. Es ist unklar, welche dieser Methoden sich prinzipiell für welche Füllgüter eignen. Daher werden derzeit systematische Untersuchungen an der BAM durchgeführt, die im folgenden vorgestellt werden.
Abstract: The leaks of dangerous goods from actually intact bags detected in the years 2018 to 2020 tend to be at an almost constant high level. These releases of powdery or granular dangerous goods represent violations of the sift-proofness required in the dangerous goods regulations. This article first analyzes the causes. The components of the bags that are affected by leaks are micro-perforations, joins and closures, in particular internal sleeve valves.
A distinction must be made between bags closed in conformity with or contrary to the manufacturer's instructions.
The particle release is determined by a number of influencing factors of the filling substance, the packaging and other boundary conditions. Therefore, a comprehensive test concept is developed in this work, which takes all these factors into account. The application of this test concept facilitates the planning of the test setup and the experiments. On this basis, the complex mechanisms involved in the release of solid substances can be systematically investigated in the test laboratory. To prevent releases of powdery or granular substances from intact bags, it is necessary that the user has access to the closing instructions and the relevant properties of the test substance used for the design type approval. Further experimental investigations are needed to assess whether filling substances change their properties during transport and whether this enables them to escape.
The leaks of dangerous goods from actually intact bags detected in the years 2018 to 2020 tend to be at an almost constant high level. These releases of powdery or granular dangerous goods represent violations of the sift-proofness required in the dangerous goods regulations. This article first analyzes the causes. The components of the bags that are affected by leaks are micro-perforations, joins and closures, in particular internal sleeve valves. A distinction must be made between bags closed in conformity with or contrary to the manufacturer's instructions. The particle release is determined by a number of influencing factors of the filling substance, the packaging and other boundary conditions. Therefore, a comprehensive test concept is developed in this work, which takes all these factors into account. The application of this test concept facilitates the planning of the test setup and the experiments. On this basis, the complex mechanisms involved in the release of solid substances can be systematically investigated in the test laboratory. To prevent releases of powdery or granular substances from intact bags, it is necessary that the user has access to the closing instructions and the relevant properties of the test substance used for the design type approval. Further experimental investigations are needed to assess whether filling substances change their properties during transport and whether this enables them to escape.
The leaks of dangerous goods from actually intact bags detected in the years 2018 to 2020 tend to be at an almost constant high level. These releases of powdery or granular dangerous goods represent violations of the sift-proofness required in the dangerous goods regulations. This article first analyzes the causes.
The components of the bags that are affected by leaks are micro-perforations, joins and closures, in particular internal sleeve valves. A distinction must be made between bags closed in conformity with or contrary to the manufacturer's instructions. The particle release is determined by a number of influencing factors of the filling substance, the packaging and other boundary conditions.
Therefore, a comprehensive test concept is developed in this work, which takes all these factors into account. The application of this test concept facilitates the planning of the test setup and the experiments. On this basis, the complex mechanisms involved in the release of solid substances can be systematically investigated in the test laboratory.
To prevent releases of powdery or granular substances from intact bags, it is necessary that the user has access to the closing instructions and the relevant properties of the test substance used for the design type approval. Further experimental investigations are needed to assess whether filling substances change their properties during transport and whether this enables them to escape.
Fazit:
Nachteile der Schüttwinkel-Messmethoden:
Einschränkungen bei der Anwendbarkeit auf Füllgüter mit bestimmten Eigenschaften;
Die einzelnen Methoden liefern dann unterschiedliche Ergebnisse (statist. signifikante Abweichung der Mittelwerte);
Schlechte Wiederholbarkeit;
Bedienereinfluss spielt Rolle;
Gewährleistung des Arbeitsschutzes schwierig;
Bestimmung des Hausner-Faktors:
Keins dieser Defizite
Mögliche Abhilfemaßnahmen:
Prüfbericht und Zulassungsschein sollten zumindest die Methode angeben, die zur Messung des Schüttwinkels 𝛼 eingesetzt wurde;
Einheitliches Verfahren zur Schüttwinkelmessung (DIN-Methode)?
Umstellung des Systems auf einen alternativen Parameter zur Bestimmung der Fließeigenschaften:
Hausner-Faktor 𝐻:
Bessere Wiederholbarkeit der Ergebnisse;
Zuverlässige Anwendbarkeit auch auf Extremfälle von Schüttgütern;
Sicherere Handhabung von Gefahrgütern
Abstract: The dangerous goods regulations UN/ADR 6.1.5.5.4 a) prescribe a maximum filling degree for determining the test pressure for the hydraulic pressure test by real measurements. The assumption is that the maximum filling degree of the liquid phase is the worst case concerning the gauge pressure. Therefore the main objective of this study is to investigate the effect of the filling degree on the gauge pressure.
Gauge pressure measurements and calculations for different substances were carried out at different filling degrees for a steel drum and a steel jerrican (heating-up from 15 °C to 55 °C).
The assumption that the maximum filling degree is the most critical is only valid for relatively rigid packagings: If the relative expansion of the packaging is smaller than the volume increase of the liquid phase due to heating-up, the gauge pressure increases with increasing filling degree.
But the opposite is true for relatively flexible packagings: If the relative expansion of the packaging exceeds the relative volume expansion of the liquid, the gauge pressure increases for decreasing filling degrees. The current regulations for the hydraulic test pressure determination at a maximum filing degree do not lead to the intended safety level. For a lower level than the maximum filling degree, the prescribed safety factor of 1.5 is not respected. Under transport conditions it is possible that the inner gauge pressure exceeds the test pressure. This can result in a failure of the packaging. There is a need to reconsider the regulations.
The International Dangerous Goods Regulations prescribe the immersion under water method (“bubble test”) as standard method for the leakproofness test of dangerous goods packagings. But this test procedure acts as a test method for leak localisation, not for quantitative leakage rates measurement. Additionally, the sensitivity in detecting leaks of small diameters is restricted, depending on the test liquid and the test pressure. The bubble test is not suitable for a comparison with quantitative limit leakage rates based on realistic transport conditions. This is especially important when estimating the risk of the formation of an explosive atmosphere during the intercontinental carriage of dangerous goods packagings in freight containers. To compare measured leakage rates with limit leakage rates, a quantitative leak testing procedure is required. Therefore a new approach for dangerous goods packagings is implemented: The pressure technique by accumulation using Helium as a tracer gas. This work presents the test equipment necessary for the quantitative measurement of Helium leakage rates through closures of different kinds of dangerous goods packagings. The essential steps to achieve good repeatable results are: A controlled Helium filling process to reach a defined test pressure in the test sample, a sufficient homogenisation of the Helium-air-mixture inside the test sample and the ensuring of a constant pressure level of the test sample during the test. The Helium loss rate of the accumulation chamber has to be measured separately to receive a correction factor for the measured leakage rates. Different constructional measures are introduced to prevent a disturbing influence of the Helium leakage rate of the filling valves on the measurement results. Methods to estimate the disturbing effect of Helium permeation through permeable parts of the test sample are also presented. As a supporting method for the experimental investigations the Helium sniffer test can be applied. This practical application-oriented advice can enable other users to establish a pressure technique by accumulation for their own technical field.
Ziel einer Dichtheitsprüfung ist es entweder, mit einem quantitativen Prüfverfahren integrale Leckageraten zu messen, oder mittels eines lokalisierenden Verfahrens den genauen Leckageort aufzuspüren.
In einigen Fällen kann das Betriebsmedium gleichzeitig das Prüfmedium sein, wenn geeignete Sensorik zu Verfügung steht. In anderen Fällen kann dies aus unterschiedlichen Gründen nicht möglich sein. Daher ersetzt man bei der Verwendung von Prüfgasverfahren das Betriebsmedium durch ein spezifisch nachweisbares Prüfgas.
Für die Interpretation eines quantitativen Messergebnisses ist es notwendig, die Ist-Leckagerate mit einer zuvor berechneten Grenzleckagerate (maximal zulässige Leckagerate) zu vergleichen. Entspricht das für die Dichtheitsprüfung verwendete Prüfgas nicht dem Betriebsmedium, so ist hierfür eine Umrechnung von Leckageraten notwendig.
Es wird ein Überblick über für die Dichtheitsprüfung gängige Prüfgase, deren Eigenschaften sowie Vor- und Nachteile gegeben. Die grundlegenden Prinzipien bei der Umrechnung von Leckageraten (Druckumrechnung; Temperaturumrechnung; Umrechnung der Gasart bzw. des Mediums) werden vorgestellt.
Ziel einer Dichtheitsprüfung ist es entweder, mit einem quantitativen Prüfverfahren integrale Leckageraten zu messen, oder mittels eines lokalisierenden Verfahrens den genauen Leckageort aufzuspüren.
In einigen Fällen kann das Betriebsmedium gleichzeitig das Prüfmedium sein, wenn geeignete Sensorik zu Verfügung steht. In anderen Fällen kann dies aus unterschiedlichen Gründen nicht möglich sein. Daher ersetzt man bei der Verwendung von Prüfgasverfahren das Betriebsmedium durch ein spezifisch nachweisbares Prüfgas.
Für die Interpretation eines quantitativen Messergebnisses ist es notwendig, die Ist-Leckagerate mit einer zuvor berechneten Grenzleckagerate (maximal zulässige Leckagerate) zu vergleichen. Entspricht das für die Dichtheitsprüfung verwendete Prüfgas nicht dem Betriebsmedium, so ist hierfür eine Umrechnung von Leckageraten notwendig.
Es wird ein Überblick über für die Dichtheitsprüfung gängige Prüfgase, deren Eigenschaften sowie Vor- und Nachteile gegeben. Die grundlegenden Prinzipien bei der Umrechnung von Leckageraten (Druckumrechnung; Temperaturumrechnung; Umrechnung der Gasart bzw. des Mediums) werden vorgestellt.
The objective of this experiment was to verify that in regards to the leakproofness bubble test for packagings of dangerous goods, a reduction of the air overpressure from 0.2 to 0.1 bar can be compensated for by reducing the water surface tension to a value of approximately 33.2 mN/m by adding a wetting agent. It was experimentally proven that this method will yield the same leak diameters. This is important to avoid irreversible deformations during the leaktesting of intermediate bulk containers (IBCs) while using a test overpressure of 0.2 bar.
Bubble test experiments were carried out on artificial borehole-shaped leaks manufactured of two different materials high density polyethylene (HDPE) and stainless steel by ultrashort pulse laser technology and with two different immersion test liquids (deionized water and a 0.1% Lutensol FSA fabric softener active 10 solution). The characteristic diameters of the boreholes investigated were from 11.5 to 30.3 µm in length.
Bei der Dichtheitsprüfung von Intermediate Bulk Containern (IBC) für gefährliche Güter ist gemäß den Gefahrgutvorschriften ein Prüfüberdruck von 0,2 bar anzuwenden. Hierbei ist die Verwendung von Prüfschäumen zulässig. In der Praxis kann es jedoch zu irreversiblen Verformungen des Prüflings kommen. Durch eine Reduzierung des Prüfüberdrucks auf nur 0,1 bar kann dies vermieden werden. Im Folgenden werden experimentelle Untersuchungen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) vorgestellt, um die Gleichwertigkeit dieses Verfahrens mit den Gefahrgutvorschriften nachzuweisen.
Distickstoffmonoxid (N2O, Lachgas) und Helium (He) sind gängige Prüfgase für Dichtheitsprüfungen. Die einfachste Leckgeometrie stellt ein ideal zylindrisches Rohr dar. Es wurden Glaskapillaren verschiedener Abmessungen mit Lachgas und Helium durchströmt. Der Überdruck am Kapillareingang lag zwischen 100 mbar und 400 mbar. Es handelte sich um vier annähernd zylindrische Glaskapillaren mit den mittleren Durchmessern: Kapillare 1: ca. 102 μm; Kapillare 2: ca. 71 μm; Kapillare 3B: ca. 49 μm; Kapillare 4: ca. 53 μm. Zudem wurde eine nichtzylindrische Kapillare geprüft (Kapillare 3A). Die Kapillaren 1, 2 und 3B wurden mit beiden Prüfgasen getestet. Kapillare 3A wurde nur mit Lachgas durchströmt, Kapillare 4 nur mit Helium. Für die Messung der Leckageraten kam das Überdruckverfahren mit Ansammlung (Verfahren B3 nach DIN EN 1779: 1999-10) zum Einsatz. Als Detektor für Lachgas diente der Lachgasdetektor Maihak Unor 6 N, für Helium der Leckdetektor T-Guard der Firma Inficon.
Es wurden verschiedene Theorieansätze verglichen. Beim Theorieansatz Ib erfolgte die Umrechnung der Lachgas-Messwerte auf die Helium-Messwerte und umgekehrt anhand der Druck-, Temperatur- und Gasartabhängigkeit der Leckagerate für laminar-viskose Gasströmung (DIN EN 1779: 1999-10; DGZfP-Richtlinie DP2: 2009-12). Beim Theorieansatz II wurde die Berechnung der Leckagerate für die laminar-viskose Rohrströmung unter der Annahme einer ideal zylindrischen Kapillare durchgeführt. Zusätzlich wurde mit „ANSYS Fluent“ eine CFD-Simulation vorgenommen. Bei Kapillare 3A wurde eine Serienschaltung der Strömungsleitwerte von Rohr und Düse angesetzt. Bei Anwendung des Ansatzes Ib werden bei Umrechnung der Helium-Messwerte auf Lachgas die Lachgas-Messwerte überschätzt. Umgekehrt werden bei der Umrechnung der Lachgas-Messwerte auf Helium die Helium-Messwerte unterschätzt. Bei Analyse der Einlauflängen der Rohrdurchströmung ist festzustellen, dass diese für Lachgas stets größer als für Helium sind. Bei Lachgas liegt daher für einige Messwerte noch keine ausgebildete laminare Rohrströmung vor. Einlaufeffekte können somit nicht vernachlässigt werden. Als Fazit ergibt sich, dass bei Verwendung von Helium als Prüfgas und Umrechnung der Helium-Messwerte auf Lachgas die Lachgas-Leckageraten sicherheitstechnisch konservativ abgeschätzt werden.
The objective of this work was to determine the maximum gauge pressure in the vapour phase above the liquid in different design types of dangerous goods packagings under normal conditions of carriage. The design types investigated were steel and plastic packagings with a volume of approximately 6 l.
Two different methods were applied. In method 1, the pressure inside the packaging filled with a certain filling substance (dichloromethane) was directly measured under simulated conditions of carriage (degree of filling: 90%; filling temperature: 15°C; temperature during storage: 31°C). The maximum measured gauge pressures were between 89 mbar for a light plastic jerrican and 336 mbar for a steel drum.
In method 2, the gauge pressure was calculated. The consideration of a rigid packaging combined with the assumption of a vapour pressure of zero during filling and sealing can serve as a worst case scenario. The calculated gauge pressure is approximately 1061 mbar. This procedure leads to the highest safety factor and does not require any experimental investigations.
For a more realistic approximation of the gauge pressure of a non-rigid packaging, a packaging-specific function of relative expansion can be used, which is determined by a hydraulic pressure test. The calculated values ranged from 105 to 347 mbar. Method 2 provides conservative results. No hazardous filling substance is needed, and it allows a prediction of gauge pressure for other temperatures, substances and filling degrees. Therefore, this method could serve as alternative to UN Model Regulations 6.1.5.5.4 (a).
Der innere Überdruck, der sich unter Beförderungsbedingungen im freien Dampfraum einer Gefahrgutverpackung bildet, die mit einer gefährlichen Flüssigkeit gefüllt ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab: Den spezifischen Stoffeigenschaften des jeweiligen Füllguts, dem Füllgrad, der Nachgiebigkeit der Verpackungsbauart, der Befülltemperatur und der Temperatur bei Beförderungsbedingungen.
Zu den normalen Beförderungsbedingungen von befüllten Gefahrgutverpackungen zählt der interkontinentale Transport in Frachtcontainern. Es werden die Ergebnisse einer Klimamessfahrt vorgestellt, die mit einem instrumentierten Frachtcontainer auf der Fahrt von Hamburg nach Singapur und zurück gewonnen wurden. Hierdurch lassen sich durchschnittliche und maximale Beförderungstemperaturen beim interkontinentalen Containertransport ermitteln. Es werden Modellgleichungen vorgestellt, mit denen sich für verschiedene Annahmen der sich einstellende Überdruck in einer Gefahrgutverpackung berechnen lässt.
Für die Durchführung einer Dichtheitsprüfung und für die Bewertung des Ergebnisses ist es wichtig, den sich unter Betriebsbedingungen im Prüfobjekt einstellenden Überdruck zu kennen. Entspricht der Prüfüberdruck nicht dem Betriebsüberdruck, so ist es oft erforderlich, die unter Prüfbedingungen gemessenen Leckageraten auf den realen Betriebsüberdruck umzurechnen. Im Bereich der Gefahrgutverpackungen ist jedoch der spätere maximale Betriebsüberdruck nicht genau bekannt. Er hängt für jede einzelne Verpackungsbauart von dem eingefüllten Füllmedium mit seinen spezifischen Stoffeigenschaften, dem Füllgrad sowie den Beförderungsbedingungen, insbesondere der mittleren Transporttemperatur, ab. Es werden Berechnungsansätze vorgestellt, mit denen sich der Überdruck in Gefahrgutverpackungen unter Beförderungsbedingungen rechnerisch ermitteln lässt. Die theoretisch berechneten Überdrücke werden mit Überdruck-Messwerten verglichen, die mit verschiedenen Füllmedien in unterschiedlichen Verpackungsbauarten ermittelt wurden.
The International Dangerous Goods Regulations prescribe the immersion under water method (“bubble test”) as standard method for the leakproofness test of dangerous goods packagings. But this test procedure acts as a test method for leak localisation, not for quantitative leakage rates measurement. Additionally, the sensitivity in detecting leaks of small diameters is restricted, depending on the test liquid and the test pressure. The bubble test is not suitable for a comparison with quantitative limit leakage rates based on realistic transport conditions. This is especially important when estimating the risk of the formation of an explosive atmosphere during the intercontinental carriage of dangerous goods packagings in freight containers.
To compare measured leakage rates with limit leakage rates, a quantitative leak testing procedure is required. Therefore a new approach for dangerous goods packagings is implemented: The pressure technique by accumulation using Helium as a tracer gas.
This work presents the test equipment necessary for the quantitative measurement of Helium leakage rates through closures of different kinds of dangerous goods packagings. The essential steps to achieve good repeatable results are: A controlled Helium filling process to reach a defined test pressure in the test sample, a sufficient homogenisation of the Helium-air-mixture inside the test sample and the ensuring of a constant pressure level of the test sample during the test. The Helium loss rate of the accumulation chamber has to be measured separately to receive a correction factor for the measured leakage rates. Different constructional measures are introduced to prevent a disturbing influence of the Helium leakage rate of the filling valves on the measurement results. Methods to estimate the disturbing effect of Helium permeation through permeable parts of the test sample are also presented. As a supporting method for the experimental investigations the Helium sniffer test can be applied. This practical application-oriented advice can enable other users to establish a pressure technique by accumulation for their own technical field.
Distickstoffmonoxid (N2O, Lachgas) und Helium (He) sind gängige Prüfgase für Dichtheitsprüfungen. Die einfachste Leckgeometrie stellt ein ideal zylindrisches Rohr dar. Es wurden Glaskapillaren verschiedener Abmessungen mit Lachgas und Helium durchströmt. Der Überdruck am Kapillareingang lag zwischen 100 mbar und 400 mbar. Es handelte sich um vier annähernd zylindrische Glaskapillaren mit den mittleren Durchmessern: Kapillare 1: ca. 102 µm; Kapillare 2: ca. 71 µm; Kapillare 3B: ca. 49 µm; Kapillare 4: ca. 53 µm. Zudem wurde eine nichtzylindrische Kapillare geprüft (Kapillare 3A). Die Kapillaren 1, 2 und 3B wurden mit beiden Prüfgasen getestet. Kapillare 3A wurde nur mit Lachgas durchströmt, Kapillare 4 nur mit Helium.
Für die Messung der Leckageraten kam das Überdruckverfahren mit Ansammlung (Verfahren B3 nach DIN EN 1779: 1999-10) zum Einsatz. Als Detektor für Lachgas diente der Lachgasdetektor Maihak Unor 6 N, für Helium der Leckdetektor T-Guard der Firma Inficon.
Es wurden verschiedene Theorieansätze verglichen. Beim Theorieansatz Ib erfolgte die Umrechnung der Lachgas-Messwerte auf die Helium-Messwerte und umgekehrt anhand der Druck-, Temperatur- und Gasartabhängigkeit der Leckagerate für laminar-viskose Gasströmung (DIN EN 1779: 1999-10; DGZfP-Richtlinie DP2: 2009-12). Beim Theorieansatz II wurde die Berechnung der Leckagerate für die laminar-viskose Rohrströmung unter der Annahme einer ideal zylindrischen Kapillare durchgeführt. Zusätzlich wurde mit „ANSYS Fluent“ eine CFD-Simulation vorgenommen. Bei Kapillare 3A wurde eine Serienschaltung der Strömungsleitwerte von Rohr und Düse angesetzt.
Bei Anwendung des Ansatzes Ib werden bei Umrechnung der Helium-Messwerte auf Lachgas die Lachgas-Messwerte überschätzt. Umgekehrt werden bei der Umrechnung der Lachgas-Messwerte auf Helium die Helium-Messwerte unterschätzt. Bei Analyse der Einlauflängen der Rohrdurchströmung ist festzustellen, dass diese für Lachgas stets größer als für Helium sind. Bei Lachgas liegt daher für einige Messwerte noch keine ausgebildete laminare Rohrströmung vor. Einlaufeffekte können somit nicht vernachlässigt werden. Als Fazit ergibt sich, dass bei Verwendung von Helium als Prüfgas und Umrechnung der Helium-Messwerte auf Lachgas die Lachgas-Leckageraten sicherheitstechnisch konservativ abgeschätzt werden.
Sift-proofness is a requirement for different types of dangerous goods packagings for solid substances according to the international Dangerous Goods Regulations. In these regulations, a sift-proof packaging is defined as a packaging that is completely impermeable to dry contents. This means indirectly that absolutely no mass transport of solid substances is allowed. Moreover, this requirement applies both to the original filling substance and to fine solid material generated during transport. Further specifications, test conditions or tolerable limit values are not given. This is in contrast to physical principles and the usual practice in other fields of technology in which sift-proofness is relevant. This paper shows the necessary steps for how the requirements for sift-proofness of dangerous goods packagings can be defined more precisely. Physical basics of the term ‘sift-proofness’ are explained. A qualitative as well as a quantitative approach is possible. In any case, it is essential to carry out appropriate vibration tests to assess the siftproofness. There is a need for systematical investigations of the sift-proofness of dangerous goods packagings.
In practice, checks on dangerous goods transports often detect leaks of powdered dangerous goods from valved bags. In this work, the influence factors of a sudden release of powdery substances from the valves of valved bags were investigated. Drop tests were carried out on paper bags of UN design type 5M2 with internal sleeve valve using two different powdery substances (Esplas H130 and zinc oxide “Rotsiegel”).
The internal sleeve valves of all test samples were not sift-proof with respect to both filling substances. For almost all test samples, the Esplas H130 powder already leaked out of pasted joints during manual filling. This is a contradiction to the requirement in UN 6.1.4.18.1, according to which closures and joints of paper bags 5M2 should be sift-proof.
In the drop tests, longer valve lengths had a greater sealing effect for both filling substances (for filling degrees of at least 95% and for test samples which had already been mechanically loaded). As an extreme example, at the drop height of 1.20 m and a filling degree of 100%, the released amount of zinc oxide powder from a 10 cm long valve was about 16 times higher than from a valve length of 12.5 cm. The valve length is therefore a safety-relevant parameter and should be specified by the manufacturer.
To ensure that only filling goods with similar physical properties in comparison to the test substance are used for valved bags, the user must be informed of the particle size of the test substance.
This work focuses on the question if the bubble test prescribed in the Dangerous Goods Regulations has sufficient sensitivity to detect leakage rates which could result in the formation of explosive atmospheres during transport. The sensitivity of the bubble test is not directly comparable with other leak testing methods because of its different flow conditions.
Therefore, a normalized minimum detectable leakage rate under Helium test conditions is calculated for the bubble test. This sensitivity of the bubble test under reference conditions is compared with limit leakage rates for a worst-case transport scenario. The sensitivity of the bubble test is not sufficient to prove the limit leakage rates for 6-L packagings. The Formation of explosive vapour-air-mixtures cannot be excluded. Therefore, more sensitive leak testing methods should be considered for smaller packaging design types.
The Dangerous Goods Regulations currently do not include limit leakage rates or sensitivity requirements for industrial leak testing procedures that are equivalent to the bubble test, which is the prescribed test method for design type testing of dangerous goods packagings. During series production of such packagings, various methods are used which often do not reach the sensitivity of the bubble test. Based on a suitable pragmatic approach, its sensitivity under industrial conditions can be considered 10-4 Pa m³/s (SLR).
For the selection of a suitable industrial leak testing method, however, factors other than the sensitivity are also important, for example flow direction, pressure level and automatability. The following methods are in principal suitable and equally effective as the bubble test: pressure rise test (vacuum chamber), ultrasonic bubble leak detection and gas detection methods (pressure technique by accumulation and vacuum chamber technique).
To ensure a uniform test level during design type testing and production line leak testing and therefore a comparable safety level as required by the Dangerous Goods Regulations, it is necessary to include a more precise specification in these regulations. On the one hand, this requires an information about the sensitivity of the bubble test, on the other hand, the inclusion of a list of suitable, equally effective industrial test methods with their specific boundary conditions
Vergleichende Fallversuche zur Bewertung von Fallfundamenten - Ausblick auf Untersuchungen der BAM
(2020)
Oft verfügen Produktionsstätten über bereits verbaute Fallfundamente, die nicht das geforderte Massenverhältnis von 1:50 aufweisen. Gemäß ADR ist jedoch auf dem Niveau der Musterprüfung zu prüfen. Es ist daher fraglich, ob die Prüfungen im Rahmen der Eigenüberwachung und die Baumusterprüfungen vergleichbare Ergebnisse liefern, wenn die Fallfundamente unterschiedlich beschaffen sind. Ziel der Untersuchungen ist daher die Entwicklung eines Untersuchungs- und Prüfkonzepts für bereits verbaute Fallfundamente für Gefahrgutverpackungen im Rahmen einer ingenieurwissenschaftlichen Promotionsarbeit.
Es ist bislang noch keine einheitliche Vorgehensweise und kein bestimmtes Prüfverfahren für die Schüttwinkelmessung festgelegt. Bei den Prüffüllgütern handelt es sich nicht nur um gefährliche Ersatzfüllgüter, sondern zum Teil auch um gefährliche Originalfüllgüter. Es liegen noch keine systematische Untersuchungen darüber vor, welche der in den Prüfstellen gängigen Methoden sich prinzipiell für die Anwendung bei bestimmten Extremfällen von Füllgütern eignen. Ziel der Untersuchungen ist daher ein systematischer Vergleich bei der Anwendung verschiedener in den Prüfstellen gängiger Schüttwinkelmessmethoden.
Gemäß den internationalen Gefahrgutvorschriften müssen Säcke und flexible Großpackmittel (Flexible Intermediate Bulk Container - FIBC) für feste Gefahrgüter staubdicht sein.
In der Praxis der stichpunktartigen Kontrollen von Gefahrguttransporten durch die Autobahnpolizei Münster werden jedoch immer wieder Austritte von pulverförmigen oder körnigen Gefahrgütern aus eigentlich intakten Säcken und FIBC detektiert.
Es wird ein Überblick über die im Jahr 2019 festgestellten Gefahrgutaustritte aus diesen Arten von Gefahrgutverpackungen gegeben. Darauf aufbauend wird eine systematische Einordnung hinsichtlich betroffener Bauarten und eine Diskussion möglicher Lösungsansätze vorgenommen.
The objective was to find out whether an explosive atmosphere can be created in a freight container by gaseous leakage flow of vapour-air-mixture through leaks in the closures of dangerous goods packagings filled with hazardous liquids. Because of high temperatures during intercontinental carriage, there is a gauge pressure in the free vapour phase inside the packagings which can cause a gaseous leakage flow. Two different methods were applied:
Helium limit leakage rates for 23 quantitatively important hazardous liquids concerning their lower explosion limit (LEL) were calculated for a worst case transport scenario (Method 1).
Helium leakage rates of five closure types of dangerous goods packagings with volumes of approximately 6 l were measured using the pressure technique by accumulation (Method 2).
All types of closures of steel packagings were uncritical. The maximum measured leakage was 33% of the limit leakage rate. The leakage rates of screw closures of plastic jerricans can exceed the LEL if there are production-related patterns such as non-concentricity of the closures and flashes on the neck. Especially for plastic packagings it is important to minimize gaseous leakage flow, because an explosive atmosphere can also be reached by permeation of the individual filling substance or by a combination of both effects. For the assessment of potentially explosive mixtures in freight containers, both mass transfer mechanisms have to be taken into account.
The Dangerous Goods Regulations currently do not include limit leakage rates orsensitivity requirements for industrial leak testing procedures that are equivalent tothe bubble test, which is the prescribed test method for design type testing ofdangerous goods packagings. During series production of such packagings, variousmethods are used, which often do not meet the requirements of the bubble test withregard to important criteria.Sensitivity, flow direction, pressure level and automatability are particularly importantfactors when selecting a suitable industrial leak testing method.The following methods are in principle both suitable and equally effective as thebubble test: pressure rise test (vacuum chamber), ultrasonic bubble leak detectionand gas detection methods (pressure technique by accumulation and vacuumchamber technique).To ensure a uniform test level during design type testing and production line leaktesting and therefore a comparable safety level as required by the Dangerous GoodsRegulations, it is necessary to include a more precise specification in these regula-tions. This requires, on the one hand, information about the sensitivity of the bubbletest and, on the other hand, the inclusion of a list of suitable, equally effective indus-trial test methods with their specific boundary conditions.
Der derzeit in den Gefahrgutvorschriften genannte Bubble Test ist keine geeignete Prüfmethode, um für alle Verpackungsvolumina ein Dichtheitsniveau sicherzustellen, welches auf Sicherheitsbetrachtungen unter Beförderungsbedingungen basiert. Für kleinere Verpackungsbauarten müssten theoretisch empfindlichere Prüfmethoden angewandt werden. Auf der anderen Seite sollten Bauartprüfungen für Gefahrgutverpackungen nicht zu kompliziert sein. Daher sollte die Auswahl einer Methode erfolgen, die sowohl eine ausreichende Empfindlichkeit aufweist als auch über eine einfache Art der Durchführung verfügt.
Sift-proofness is a requirement for different types of dangerous goods packagings for solid substances according to the international Dangerous Goods Regulations. In these regulations, a siftproof packaging is defined as a packaging which is completely impermeable to dry contents. This means indirectly that absolutely no mass transport of solid substances is allowed. Moreover, this requirement applies both to the original filling substance and to fine solid material generated during transport. Further specifications, test conditions or tolerable limit values are not given. This is in contrast to physical principles and the usual practice in other fields of technology in which sift-proofness is relevant.
This article shows the necessary steps for how the requirements for sift-proofness of dangerous goods packagings can be defined more precisely. Physical basics of the term “sift-proofness” are explained. A qualitative as well as a quantitative approach are possible. In any case, it is essential to carry out appropriate vibration tests to assess the sift-proofness. There is a need for systematical investigations of the sift-proofness of dangerous goods packagings.
Distickstoffmonoxid (N2O, Lachgas) und Helium (He) sind gängige Prüfgase für Dichtheitsprüfungen. Die einfachste Leckgeometrie stellt ein ideal zylindrisches Rohr dar. Es wurden Glaskapillaren verschiedener Abmessungen mit Lachgas und Helium durchströmt. Der Überdruck am Kapillareingang lag zwischen 100 mbar und 400 mbar. Es handelte sich um vier annähernd zylindrische Glaskapillaren mit den mittleren Durchmessern: Kapillare 1: ca. 102 μm; Kapillare 2: ca. 71 μm; Kapillare 3B: ca. 49 μm; Kapillare 4: ca. 53 μm. Zudem wurde eine nichtzylindrische Kapillare geprüft (Kapillare 3A). Die Kapillaren 1, 2 und 3B wurden mit beiden Prüfgasen getestet. Kapillare 3A wurde nur mit Lachgas durchströmt, Kapillare 4 nur mit Helium.
Für die Messung der Leckageraten kam das Überdruckverfahren mit Ansammlung (Verfahren B3 nach DIN EN 1779: 1999-10) zum Einsatz. Als Detektor für Lachgas diente der Lachgasdetektor Maihak Unor 6 N, für Helium der Leckdetektor T-Guard der Firma Inficon.
Es wurden verschiedene Theorieansätze verglichen. Beim Theorieansatz Ib erfolgte die Umrechnung der Lachgas-Messwerte auf die Helium-Messwerte und umgekehrt anhand der Druck-, Temperatur- und Gasartabhängigkeit der Leckagerate für laminar-viskose Gasströmung (DIN EN 1779: 1999-10; DGZfP-Richtlinie DP2: 2009-12). Beim Theorieansatz II wurde die Berechnung der Leckagerate für die laminar-viskose Rohrströmung unter der Annahme einer ideal zylindrischen Kapillare durchgeführt. Zusätzlich wurde mit „ANSYS Fluent“ eine CFD-Simulation vorgenommen. Bei Kapillare 3A wurde eine Serienschaltung der Strömungsleitwerte von Rohr und Düse angesetzt. Bei Anwendung des Ansatzes Ib werden bei Umrechnung der Helium-Messwerte auf Lachgas die Lachgas-Messwerte überschätzt. Umgekehrt werden bei der Umrechnung der Lachgas-Messwerte auf Helium die Helium-Messwerte unterschätzt. Bei Analyse der Einlauflängen der Rohrdurchströmung ist festzustellen, dass diese für Lachgas stets größer als für Helium sind. Bei Lachgas liegt daher für einige Messwerte noch keine ausgebildete laminare Rohrströmung vor. Einlaufeffekte können somit nicht vernachlässigt werden. Als Fazit ergibt sich, dass bei Verwendung von Helium als Prüfgas und Umrechnung der Helium-Messwerte auf Lachgas die Lachgas-Leckageraten sicherheitstechnisch konservativ abgeschätzt werden.
Jede gefüllte Druckgaspackung muss einer Prüfung im Heißwasserbad nach ADR 6.2.6.3.1 oder einer zugelassenen Alternative nach ADR 6.2.6.3.2 unterzogen werden.
Zuständige Behörde für die Zustimmung zur Anwendung alternativer Dichtheitsprüfverfahren ist in Deutschland die BAM.
Im Rahmen der Beantragung sind Punkte aus drei verschiedenen „Säulen“ nachzuweisen.
Die BAM hat zu diesem Zweck eine „Checkliste“ erstellt, um eine zügige Bearbeitung des Antrags zu gewährleisten
Die aktuelle Version der Checkliste ist abrufbar unter:
https://www.tes.bam.de/de/umschliessungen/druckgaspackungen/index.htm
In practice, checks on dangerous goods transports often detect leaks of powdered dangerous goods from valved bags. In this work, the influence factors of a sudden release of powdery substances from the valves of valved bags were investigated.
Drop tests were performed on paper bags of UN design type 5M2 with internal sleeve valve using 2 different powdery substances (Esplas H130 and zinc oxide “Rotsiegel”).
The internal sleeve valves of all test samples were not sift‐proof with respect to both filling substances. For almost all test samples, the Esplas H130 powder already leaked out of pasted joints during manual filling. This is a contradiction to the requirement in UN 6.1.4.18.1, according to which closures and joints of paper bags 5M2 should be sift‐proof.
In the drop tests, longer valve lengths had a greater sealing effect for both filling substances (for filling degrees of at least 95% and for test samples which had already been mechanically loaded). As an extreme example, at the drop height of 1.20 m and a filling degree of 100%, the released amount of zinc oxide powder from a 10‐cm‐long valve was about 16 times higher than from a valve length of 12.5 cm.
The valve length is therefore a safety‐relevant parameter and should be specified by the manufacturer.
To ensure that only filling goods with similar physical properties in comparison with the test substance are used for valved bags, the user must be informed of the particle size of the test substance.
Es werden die Ergebnisse von Leckageratenmessungen an den Verschlüssen von Gefahrgutverpackungen unterschiedlicher Bauarten vorgestellt. Die Prüfungen wurden mit dem Überdruckverfahren mit Ansammlung unter Verwendung des Prüfgases Helium vorgenommen. Die gemessenen Deckelleckageraten zeigen Größenordnungsunteschiede von mehreren Zehnerpotenzen. Durch einen Vergleich mit berechneten Grenzwerten lässt sich die Indentifizierung kritischer Bauarten vornehmen.
Untersuchung der stoßartigen Freisetzung pulverförmiger Füllgüter aus Ventilsäcken für Gefahrgüter mit Innenventil. Fallprüfungen an einem Papiersack 5M2 mit zwei Füllgütern (Esplas H130 und Zinkoxid). Variation von Ventillänge, Fallhöhe und Füllgrad in Kombination mit der Anzahl der Fallversuche pro Prüfmuster. Bei Esplas H 130 war ein Pulveraustritt aus den Klebestellen bereits beim Befüllen zu verzeichnen. Dies ist ein Widerspruch zu UN 6.1.4.18.1 (Staubdichheit). Bei beiden Substanzen waren die Ventile aller Prüfmuster nach der Fallprüfung nicht mehr staubdicht. Es wird auf erste mögliche Lösungsvorschläge eingegangen.
Untersuchung der stoßartigen Freisetzung pulverförmiger Füllgüter aus Ventilsäcken für Gefahrgüter mit Innenventil. Fallprüfungen an einem Papiersack 5M2 mit zwei Füllgütern (Esplas H130 und Zinkoxid). Variation von Ventillänge, Fallhöhe und Füllgrad in Kombination mit der Anzahl der Fallversuche pro Prüfmuster. Bei Esplas H 130 war ein Pulveraustritt aus den Klebestellen bereits beim Befüllen zu verzeichnen. Dies ist ein Widerspruch zu UN 6.1.4.18.1 (Staubdichheit). Bei beiden Substanzen waren die Ventile aller Prüfmuster nach der Fallprüfung nicht mehr staubdicht. Es wird auf erste mögliche Lösungsvorschläge eingegangen.
Derzeit existieren für Gefahrgutverpackungen in den internationalen Gefahrgutvorschriften keine Festlegungen für quantitative Grenzleckageraten, die sich an Sicherheitsbetrachtungen während der Beförderung orientieren. Für die Dichtheitsprüfung im Rahmen der Bauartzulassung von Gefahrgutverpackungen für flüssige Füllgüter ist das Standardprüfverfahren das Eintauchverfahren in Wasser („Bubble Test“). Hierbei handelt es sich um ein lokalisierendes Prüfverfahren. Seine Anwendung lässt keine quantitative Aussage darüber zu, ob unter Beförderungsbedingungen aufgrund von strömungsbedingter Stofffreisetzung durch Leckstellen der Gefahrgutverpackungen die Gefahr der Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre besteht. Zentrales Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher, zunächst quantitative Dichtheitsanforderungen an Gefahrgutverpackungen im Hinblick auf die Entstehung explosionsfähiger Dampf-Luft-Gemische während des Transports zu entwickeln. Im Anschluss werden strömungsbedingte Leckageraten der Verschlüsse verschiedener Bauarten von Gefahrgutverpackungen gemessen. Der Vergleich der Messwerte mit den berechneten Grenzwerten ermöglicht die Einschätzung hinsichtlich der Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre. Dieser quantitative Ansatz zur Beurteilung der Dichtheit ist für Gefahrgutverpackungen derzeit noch nicht etabliert. Die Grenzleckageraten werden für das Szenario des interkontinentalen Transports von Gefahrgutverpackungen in einem 20-Fuß-Frachtcontainer im Hinblick auf die untere Explosionsgrenze abgeleitet. Dies geschieht unter Annahme einer Worst-Case-Betrachtung für Beförderungsdauer, Beladung und Luftwechselrate. Als mittlere Beförderungstemperatur wird 30 °C angesetzt. Eine vollständige Durchmischung im freien Luftraum des Containers wird angenommen. Es werden drei repräsentative Baugrößen von Gefahrgutverpackungen gewählt, mit einem Volumen von ca. 6 L, ca. 60 L und ca. 220 L. Als Füllgüter werden die 23 meistbeförderten flüssigen Gefahrgüter betrachtet. Die treibende Kraft für die Strömung durch Leckstellen ist der sich in der Verpackung ausbildende Überdruck. Die Berechnung des Überdrucks erfolgt durch analytische Modellgleichungen in Abhängigkeit der spezifischen Stoffdaten, Füllgrad, Befülltemperatur, Transporttemperatur und Nachgiebigkeit der Verpackungsbauart. Die quantitative Leckageratenmessung der Gefahrgutverpackungen wird mit dem Überdruckverfahren mit Ansammlung (Akkumulationsverfahren) unter Verwendung von Helium als Prüfgas vorgenommen. Zusätzlich erfolgt die Detektion weiterer potentieller Leckstellen außerhalb des Verschlussbereiches mit dem Schnüffelverfahren. Bei allen untersuchten Bauarten, mit Ausnahme des 6 L-Feinstblechkanisters, ist der Verschluss die einzige systematische Leckstelle der Verpackung. Die Messung der Helium-Leckageraten und der anschließende Vergleich mit den berechneten Helium-Grenzleckageraten zeigt, dass folgende Bauarten hinsichtlich des Erreichens der unteren Explosionsgrenze (UEG) durch eine Leckageströmung als kritisch einzuschätzen sind: Kunststoffverpackungen mit Schraubverschlüssen mit Flachdichtung, wenn bei diesen bestimmte Schädigungsmuster im Verschlussbereich vorliegen; Feinstblechkanister, da bei ihnen nicht nur der Verschlussbereich eine Leckstelle darstellt; Kunststoffverpackungen mit Schraubverschlüssen mit Flachdichtung, wenn diese auch für Füllgüter der Verpackungsgruppe I zugelassen sind. Als Konsequenz sollten bei diesen kritischen Bauarten entweder Modifikationen in Bezug auf die Verpackung selbst oder auf die Transportbedingungen im Frachtcontainer vorgenommen werden. Bei Kunststoffverpackungen ist auch die Füllgutpermeation als Freisetzungsmechanismus relevant. Es wird der prinzipielle Rechenweg zur Berücksichtigung dieses Quellterms exemplarisch gezeigt. Diese Arbeit leistet einen grundlegenden Beitrag für die Etablierung einer systematischen quantitativen Dichtheitsbetrachtung von Gefahrgutverpackungen mit dem Ziel der Verbesserung der Sicherheit beim interkontinentalen Gefahrguttransport im Frachtcontainer.
Derzeit existieren für Gefahrgutverpackungen in den internationalen Gefahrgutvorschriften keine Festlegungen für quantitative Grenzleckageraten, die sich an Sicherheitsbetrachtungen während der Beförderung orientieren. Für die Dichtheitsprüfung im Rahmen der Bauartzulassung von Gefahrgutverpackungen für flüssige Füllgüter ist das Standardprüfverfahren das Eintauchverfahren in Wasser („Bubble Test“). Hierbei handelt es sich um ein lokalisierendes Prüfverfahren. Seine Anwendung lässt keine quantitative Aussage darüber zu, ob unter Beförderungsbedingungen aufgrund von strömungsbedingter Stofffreisetzung durch Leckstellen der Gefahrgutverpackungen die Gefahr der Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre besteht. Ziel der vorliegenden Untersuchungen ist daher, zunächst quantitative Dichtheitsanforderungen an Gefahrgutverpackungen im Hinblick
auf die Entstehung explosionsfähiger Dampf-Luft-Gemische während des
Transports zu entwickeln. Im Anschluss werden strömungsbedingte Leckageraten der Verschlüsse verschiedener Bauarten von Gefahrgutverpackungen gemessen. Der Vergleich der Messwerte mit den berechneten Grenzwerten ermöglicht die Einschätzung hinsichtlich der Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre. Dieser quantitative Ansatz zur Beurteilung der Dichtheit ist für Gefahrgutverpackungen derzeit noch nicht etabliert.
Die quantitative Leckageratenmessung der Gefahrgutverpackungen wird mit dem Überdruckverfahren mit Ansammlung (Akkumulationsverfahren) unter Verwendung von Helium als Prüfgas vorgenommen. Zusätzlich erfolgt die Detektion weiterer potentieller Leckstellen außerhalb des Verschlussbereiches mit dem Schnüffelverfahren. Bei allen untersuchten Bauarten, mit Ausnahme des 6 L-Feinstblechkanisters, ist der Verschluss die einzige systematische Leckstelle der Verpackung. Die Messung der Helium-Leckageraten und der anschließende Vergleich mit den berechneten Helium-Grenzleckageraten zeigt, dass folgende Bauarten hinsichtlich des Erreichens der unteren Explosionsgrenze (UEG) durch eine Leckageströmung als kritisch einzuschätzen sind: Kunststoffverpackungen mit Schraubverschlüssen mit Flachdichtung, wenn bei diesen bestimmte Schädigungsmuster im Verschlussbereich vorliegen; Feinstblechkanister, da bei ihnen nicht nur der Verschlussbereich eine Leckstelle darstellt; Kunststoffverpackungen mit Schraubverschlüssen mit Flachdichtung, wenn diese auch für Füllgüter der Verpackungsgruppe I zugelassen sind. Als Konsequenz sollten bei diesen kritischen Bauarten entweder Modifikationen in Bezug auf die Verpackung selbst oder auf die Transportbedingungen im Frachtcontainer vorgenommen werden.
The dangerous goods regulations UN/ADR 6.1.5.5.4 (a) prescribe a maximum filling degree for determining the test pressure for the hydraulic pressure test by real measurements. The assumption is that the maximum filling degree of the liquid phase is the worst case concerning the gauge pressure. Therefore, the main objective of this study is to investigate the effect of the filling degree on the gauge pressure. Gauge pressure measurements and calculations for different substances were carried out at different filling degrees for a steel drum and a steel jerrican (heating up from 15°C to 55°C). The assumption that the maximum filling degree is the most critical is only valid for relatively rigid packagings: If the relative expansion of the packaging is smaller than the volume increase of the liquid phase due to heating up, the gauge pressure increases with increasing filling degree. But the opposite is true for relatively flexible packagings: If the relative expansion of the packaging exceeds the relative volume expansion of the liquid, the gauge pressure increases for decreasing filling degrees. The current regulations for the hydraulic test pressure determination at a maximum filing degree do not lead to the intended safety level. For a lower level than the maximum filling degree, the prescribed safety factor of 1.5 is not respected. Under transport conditions, it is possible that the inner gauge pressure exceeds the test pressure. This can result in a failure of the packaging. There is a need to reconsider the regulations.
In den internationalen Gefahrgutvorschriften ist vorgeschrieben, dass Säcke und flexible Großpackmittel (Flexible Intermediate Bulk Container – FIBC) staubdicht sein müssen. Eine quantitative Definition des Terminus Staubdichtheit, wie in anderen Technikgebieten üblich, ist jedoch nicht gegeben. Auch geeignete Prüfverfahren zum Nachweis der Staubdichtheit sind in den Vorschriften nicht genannt.
In der Praxis der stichpunkartigen Kontrollen von Gefahrguttransporten durch die Schwerlastgruppe der Autobahnpolizei Münster werden immer wieder Austritte von pulverförmigen oder körnigen Gefahrgütern aus eigentlich intakten Säcken und FIBC detektiert. Es wird ein Überblick über die im Jahr 2018 festgestellten Gefahrgutaustritte aus diesen Gefahrgutverpackungen sowie eine systematische Einordnung hinsichtlich betroffener Bauarten und möglicher Ursachen gegeben.
Bei der Stofffreisetzung aus intakten Gefahrgutverpackungen liegt ein mechanischer Transport von Partikeln durch Leckkanäle, z. B. im Verschluss-, Naht- oder Wandungsbereich, vor. Generell kommen zwei Freisetzungswege in Frage: Einerseits eine Langzeit-Freisetzung während des Transports, hervorgerufen durch eine kombinierte Wirkung von Stapellast des Füllguts und Transportvibrationen; andererseits eine stoßartige Freisetzung.
Auf Grundlage von durchgeführten Untersuchungen hinsichtlich der stoßartigen Freisetzung pulverförmiger Stoffe aus Gefahrgutsäcken werden erste Lösungsansätze hin zu einer Verbesserung der Staubdichtheit von Gefahrgutsäcken und -FIBC vorgestellt. Es wird ein Ausblick auf nachfolgende Arbeiten gegeben.
In den internationalen Gefahrgutvorschriften ist vorgeschrieben, dass Säcke und flexible Großpackmittel (Flexible Intermediate Bulk Container – FIBC) staubdicht sein müssen. Eine quantitative Definition des Terminus Staubdichtheit, wie in anderen Technikgebieten üblich, ist jedoch nicht gegeben. Auch geeignete Prüfverfahren zum Nachweis der Staubdichtheit sind in den Vorschriften nicht genannt.
In der Praxis der stichpunkartigen Kontrollen von Gefahrguttransporten durch die Schwerlastgruppe der Autobahnpolizei Münster werden immer wieder Austritte von pulverförmigen oder körnigen Gefahrgütern aus eigentlich intakten Säcken und FIBC detektiert. Es wird ein Überblick über die im Jahr 2018 festgestellten Gefahrgutaustritte aus diesen Gefahrgutverpackungen sowie eine systematische Einordnung hinsichtlich betroffener Bauarten und möglicher Ursachen gegeben.
Bei der Stofffreisetzung aus intakten Gefahrgutverpackungen liegt ein mechanischer Transport von Partikeln durch Leckkanäle, z. B. im Verschluss-, Naht- oder Wandungsbereich, vor. Generell kommen zwei Freisetzungswege in Frage: Einerseits eine Langzeit-Freisetzung während des Transports, hervorgerufen durch eine kombinierte Wirkung von Stapellast des Füllguts und Transportvibrationen; andererseits eine stoßartige Freisetzung.
Auf Grundlage von durchgeführten Untersuchungen hinsichtlich der stoßartigen Freisetzung pulverförmiger Stoffe aus Gefahrgutsäcken werden erste Lösungsansätze hin zu einer Verbesserung der Staubdichtheit von Gefahrgutsäcken und -FIBC vorgestellt. Es wird ein Ausblick auf nachfolgende Arbeiten gegeben.
This work focuses on the question if the bubble test prescribed in the Dangerous Goods Regulations has sufficient sensitivity to detect leakage rates, which could result in the formation of explosive atmospheres during transport. The sensitivity of the bubble test is not directly comparable with other leak testing methods because of its different flow conditions. Therefore, a normalized minimum detectable leakage rate under Helium test conditions is calculated for the bubble test. This sensitivity of the bubble test under reference conditions is compared with limit leakage rates for a worst‐case transport scenario. The sensitivity of the bubble test is not sufficient to prove the limit leakage rates for 6‐L packagings. The formation of explosive vapour‐air‐mixtures cannot be excluded. Therefore, more sensitive leak testing methods should be considered for smaller packaging design types.
Due to the high damping mechanical properties of fiberboard materials, corrugated fiberboard boxes are widely used as transport packagings of dangerous goods. Since there is risk of vertical impact within the distribution system, drop tests are performed as design type tests to assess a package’s ability to withstand damage. In this context, however, little is known regarding the transient mechanical response of a filled fiberboard box. The reason is that the nature of the packaging material presents challenges in identifying the deformation mechanisms experimentally. The aim of this work is to provide a framework for predicting the damage resistance of complete, filled corrugated fiberboard boxes which are ready for transportation. Therein, drop test finite-element simulations are used and validated by experimental results. These numerical calculation models are a valuable tool for virtual product development and contribute to the optimization of the design cycle.
For dangerous goods packagings, drop testing onto an essential unyielding target can be used to assess the mechanical resistance to impact loads. Adopted regulations like ADR/RID require that the impact surface provided shall be integral with a mass at least 50 times than that of the heaviest package to be tested. The problem is that many manufacturers do not possess impact targets that satisfy the required 50 times mass ratio for regulative drop tests during series production. The objective of this work is to verify existing and define improved criteria for impact target structures based on systematic investigations. Previous evidence highlights the relevance of other parameters in addition to the mass ratio. Therefore, in this research, a variation of drop test parameters was carried out experimentally. Furthermore, numerical vibration analysis was applied to investigate the deformability of the impact surface. The results conclude that the mass ratio of 1:50 cannot be defined as a decisive criterion. In order to determine the influence of further drop test parameters, the research findings were used to validate a parametric model which assesses impact target deflection. An approximation quality of over 90 % was achieved. As a result, new evaluation criteria are proposed. Firstly, a method for identifying critical impact target designs is provided. Secondly, a new comprehensive formula compares the approximated maximum deflection of a real impact target to the respective theoretical threshold derived from a worst-case assumption. In practice, this leads to great advantages in the evaluation of already installed impact targets for dangerous goods packagings.
For dangerous goods packagings, drop testing onto an essential unyielding target can be used to assess the mechanical resistance to impact loads. Adopted regulations like ADR/RID require that the impact surface provided shall be integral with a mass at least 50 times than that of the heaviest package to be tested. The problem is that many manufacturers do not possess impact targets that satisfy the required 50 times mass ratio for regulative drop tests during series production. The objective of this work is to verify existing and define improved criteria for impact target structures based on systematic investigations. Previous evidence highlights the relevance of other parameters in addition to the mass ratio. Therefore, in this research, a variation of drop test parameters was carried out experimentally. Furthermore, numerical vibration analysis was applied to investigate the deformability of the impact surface. The results conclude that the mass ratio of 1:50 cannot be defined as a decisive criterion. In order to determine the influence of further drop test parameters, the research findings were used to validate a parametric model which assesses impact target deflection. An approximation quality of over 90 % was achieved. As a result, new evaluation criteria are proposed. Firstly, a method for identifying critical impact target designs is provided. Secondly, a new comprehensive formula compares the approximated maximum deflection of a real impact target to the respective theoretical threshold derived from a worst-case assumption. In practice, this leads to great advantages in the evaluation of already installed impact targets for dangerous goods packagings.
The flow properties of powdery or granular filling substances for dangerous goods packagings are safety-relevant parameters. To specify the flow behavior, the angle of repose is measured in the recognized test centers for dangerous goods packagings in Germany. Previous investigations performed on non-hazardous substances revealed that some of the methods currently used have disadvantages in application. Additionally, for occupational health and safety reasons, it was generally viewed critically to carry out measurements of the angle of repose for dangerous goods at all. Instead, the dimensionless Hausner ratio to describe the flow behavior was proposed.
In this work, the investigations were extended to real hazardous substances to concretize the assessment. Five exemplary hazardous substances were tested for their angle of repose using the methods commonly applied in the test centers. The Hausner ratio was also determined. In addition, the influence of a different climatic preconditioning on the angle of repose measurement was examined using three selected non-hazardous bulk materials.
The results show that the measurement of the angle of repose is not fundamentally excluded for dangerous goods. However, for reasons of applicability, repeatability and occupational health and safety, only the ISO method can be applied for dangerous filling substances. This method provides conservative results regarding a safety-related evaluation of flow properties for the transport of dangerous goods.
In principle, both the ISO method and the determination of the Hausner ratio can be used for dangerous goods. It is also essential especially with finely powdered filling goods, to carry out controlled preconditioning.
The flow properties of powdery or granular filling substances for dangerous goods packagings are safety-relevant parameters. To specify the flow behavior, the angle of repose is measured in the recognized test centers for dangerous goods packagings in Germany. Previous investigations performed on non-hazardous substances revealed that some of the methods currently used have disadvantages in application. Additionally, for occupational health and safety reasons, it was generally viewed critically to carry out measurements of the angle of repose for dangerous goods at all. Instead, the dimensionless Hausner ratio to describe the flow behavior was proposed.
In this work, the investigations were extended to real hazardous substances to concretize the assessment. Five exemplary hazardous substances were tested for their angle of repose using the methods commonly applied in the test centers. The Hausner ratio was also determined. In addition, the influence of a different climatic preconditioning on the angle of repose measurement was examined using three selected non-hazardous bulk materials.
The results show that the measurement of the angle of repose is not fundamentally excluded for dangerous goods. However, for reasons of applicability, repeatability and occupational health and safety, only the ISO method can be applied for dangerous filling substances. This method provides conservative results regarding a safety-related evaluation of flow properties for the transport of dangerous goods.
In principle, both the ISO method and the determination of the Hausner ratio can be used for dangerous goods. It is also essential especially with finely powdered filling goods, to carry out controlled preconditioning.
Die in den von der BAM anerkannten Prüfstellen für Gefahrgutverpackungen gängigen Schüttwinkel-Messmethoden werden verglichen, anhand der Messung an fünf pulverförmigen oder körnigen Stoffen mit gefährlichen Eigenschaften. Zusätzlich wird die Untersuchung des Einflusses einer unterschiedlichen klimatischen Vorlagerung vorgenommen.
Packagings for the transport of dangerous goods need to meet special requirements to get an approval. This includes free fall drop testing onto an essentially unyielding surface as a means to assess a package’s resistance to mechanical damage. A main requirement for drop tests is that the impact target’s mass shall be at least 50 times that of the heaviest package to be tested. Nevertheless, many manufacturers do not possess foundation structures with the required mass ratio. Previous evidence highlights that the mass ratio is not a decisive criterion on its own. Parameters such as the impact target foundation’s connection and the impulse experienced by the impacting object are essential as well. However, these factors are not easily verifiable since experimental measurements are not possible at most facilities. The objective of this work is to provide a detailed analysis on the interaction between impact target foundation and subgrade in dynamic impact testing using validated finite-element (FE) models. This research is highly beneficial for industrial application since it allows manufacturers to make informed predictions about the mechanical response of installed impact target foundations.