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Prüfverfahren für explosionsgeschützte Geräte Der Prüfvorgang auf
Zünddurchschlagssicherheit für explosionsgeschützte Geräte spielt sich in einer
Explosionskammer ab, die mit einem zündfähigen Gasgemisch gefüllt ist. Um den Sicherheitsvorschriften
zu genügen, muß innerhalb des zu prüfenden Gerätes eine Explosion gezündet werden,
die einen Explosionsdruck erzeugt, der mindestens um den Faktor 1,5 über dem maximalen
Explosionsdruck des außen am Gehäuse anstehenden Gases liegt.
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In der Praxis sind zwei verschiedene Verfahren bekannt, mit deren
Hilfe diese Forderung annähernd erfüllt werden kann: Entweder wird dem Gasgemisch
im Innern des Gerätes so viel Sauerstoff zugeführt, daß der geforderte Explosionsdruck
erreicht wird, oder das Gasgemisch im Prüfling wird so weit vorkomprimiert, daß
bei der Zündung der gewünschte Druck auftritt.
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Beide Verfahren sind insofern nachteilig, als infolge der Spaltverbindung
zwischen Geräteinnenraum und Explosionskammer sich weder die Menge des Sauerstoffzusatzes
im Gasgemisch noch der erforderliche Vorverdichtungsdruck genau bestimmen lassen.
Außerdem weicht der zeitliche Explosionsdruckverlauf bei der ersten Methode stark
von dem des normalen Gas-Luft-Gemisches ab, da das Gas-Luft-Sauerstoff-Gemisch eine
wesentlich höhere Brisanz besitzt. Der Prüfling wird bei diesem Verfahren also Beanspruchungen
unterworfen, die einen ganz anderen zeitlichen Verlauf als den in der Praxis auftretenden
aufweisen.
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Diese Nachteile werden dadurch beseitigt, daß erfindungsgemäß dem
Prüfling und der Explosionskammer das gleiche Gasgemisch unter normalen Druckverhältnissen
zugeführt wird, wobei zur Erhöhung des Explosionsdruckes in das Gerät eine empirisch
bestimmte Menge Nitrozellulose eingebracht wird.
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Das Verfahren zur Durchführung einer Überdruckprüfung für druckfest
gekapselte Geräte unter Verwendung von Nitrozellulose ist an sich bekannt, bietet
jedoch, mit der Zünddurchschlagsprüfung druckfest gekapselter Geräte gekoppelt,
besondere, im folgenden noch näher zu erläuternde Vorteile.
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An Hand der graphischen Darstellung, in der der zeitliche Explosionsdruckverlauf
in einem druckfest gekapselten Gerät für verschiedene Gasgemische mit und ohne Nitrozellulose
dargestellt ist, sei die Erfindung ausführlich beschrieben.
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Die Kurve 1 gibt den zeitlichen Druckverlauf bei der Explosion eines
Stadtgas-Luft-Gemisches höchster Explosionskraft (22Volumprozent Stadtgas in Luft)
wieder. Aus der Kurve 7, die bei der Explosion eines Gemisches aufgenommen wurde,
das aus 32 Volumprozent Stadtgas, 30 Volumprozent Sauer-
stoff und 38 Volumprozent
Luft besteht, ist zu ersehen, daß der geforderte 1,Sfache Explosionsdruck bei weitem
nicht erreicht wird. Diesen Druck erhält man erst bei der Explosion eines Stadtgas-Sauerstoff-Gemisches
mit 63,2 Volumprozent Stadtgas und 36,8 Volumprozent Sauerstoff (Kurve 8). Die Kurve
9 zeigt ein Beispiel für den zeitlichen Explosionsdruckverlauf eines vorkomprimierten
Stadtgas-Luft-Gemisches (44 Volumprozent Stadtgas, 156 Volumprozent Luft). Aus der
graphischen Darstellung geht deutlich hervor, daß eine Explosionsdrucksteigerung
um den Faktor 1,5 gegenüber dem normalen Stadtgas-Luft-Gemisch nur mit diesem Gemisch
erreicht werden kann, wenn es um den Faktor 2 vorkomprimiert ist.
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Die Kurven 2 bis 6 geben den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
erzeugten Explosionsdruck in Abhängigkeit von der Zeit wieder. Sie gelten in ihrer
Reihenfolge für die Explosion eines Stadtgas-Luft-Gemisches, das in einer allseitig
druckdicht abgeschlossenen 5-l-Normexplosionskammer, auf deren Boden 0,5, 1, 2,
3 und 4 g Nitrozellulose ausgebreitet sind, bei Normaldruck gezündet wird. Für die
Erzeugung eines 1,5fachen Normaldruckes sind also für 5 1 Stadtgas-Luft-Gemisch
höchster Explosionskraft 3 g Nitrozellulose erforderlich. Die erforderliche Nitrozellulosemenge
richtet sich nach dem jeweils verwendeten Prüfling und ist für jede Prüflingsart
empirisch zu ermitteln. Bei dieser Ermittlung ist besonders die Wärmeableitung zu
berücksichtigen, da bei steigender Wärmeableitung größere Zellulosemengen erforderlich
werden. Außerdem muß die Lässigkeit der Prüflingsspalte beachtet werden. Es wird
zweckmäßig Nitrozellulose verwendet, die l3,40/o Stickstoffgehalt besitzt.
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Die Kombination von Zünddurchschlagsprüfung und dynamischer Druckprüfung
in einem Prüfverfakren bringt einen hohen Sicherheitsfaktor in die Prüfung druckfest
gekapselter Geräte. Der weitaus größte Teil der an druckfest gekapselten Geräten
vorkommenden Spalte sind Spalte zwischen solchen Teilen, die im Ruhezustand, d.
h. ohne inneren Explosionsdruck, mit einer gewissen Vorspannung aufeinandergepreßt
sind. Gehäusedeckel, Lagerschilde, Flansche usw. werden durch Verschraubung, Keilriegelverschlüsse
od. ä. fest aufeinandergepreßt (Prinzip der druckhaften Auflage). Bei einwandfreier
Bearbeitung dieser Teile, insbesondere der Spaltflächen, haben diese im Ruhezustand,
also ohne Explosionsdruck, nur Spaltweiten im Bereich der Arbeitstoleranz, also
von etwa 0,05 mm. Findet jedoch im Innern dieser Gehäuse eine Explosion statt, so
werden durch den Explosionsdruck die Bauteile, die das Aufeinanderpressen bewirken,
elastisch deformiert und hierdurch erst die Spaltweite erzeugt, die für den Zünddurchschlag
maßgebend ist. Wird nun die Zünddurchschlagsprüfung bei künstlich erhöhtem Explosionsdruck
durchgeführt, so findet diese Prüfung gleichzeitig bei künstlich erweiterter Spaltweite
statt. Da man die elastische Deformation hier als der Kraft proportional ansetzen
darf, kann man sagen, daß die Spaltweite um den gleichen Faktor künstlich erweitert
wird, um den man den Druck künstlich gesteigert hat.
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Diese Betrachtung über die Spalterweiterung gilt jedoch nicht, wenn
der zeitliche Druckverlauf der einer Detonation ist, wie ihn z. B. die beiden Kurven
7 und 8 darstellen. Die Kraftwirkung ist hier zeitlich so begrenzt, daß eine Deformation
auf Grund der Massenträgheit der zu beschleunigenden Teile nicht mehr in dem Maße
stattfindet wie bei einer statischen Belastung mit dem gleichen Druck.
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Die praktische Durchführung einer Prüfung explosionsgeschützter Geräte
in Schutzart druckfeste Kapselung wird so vorgenommen, daß der Prüfling bei der
ersten Explosionsprüfung mit dem entsprechenden Nitrozellulosezusatz gefüllt ist.
Durch Anschluß eines Druckmeßgerätes wird der bei dieser erreichte Explosionsdruck
kontrolliert. Hat sich das
den Prüfling umgebende explosible Gasgemisch der Explosionsprüfkammer
bei diesem Versuch nicht entzündet, so wird nach erneutem Füllen des Prüflings mit
dem Prüfgasgemisch unmittelbar anschließend an diese dynamische Druckprüfung eine
normale Zünddurchschlagsprüfung vorgenommen. Diese Zünddurchschlagsprüfung bietet
dann die Gewähr, daß bei der dynamischen Druckprüfung keine die Zünddurchschlagssicherheit
beeinflussende Schäden am Prüfling eingetreten sind. Erfahrungsgemäß zeigt aber
schon die dynamische Druckprüfung solche Schäden durch Zünddurchschlag an.
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Die zur dynamischen Druckprüfung notwendige Nitrozellulose kann entweder
vor der Montage in den Prüfling eingebracht werden oder bei schon montiert vorliegenden
Geräten mit einer einfachen Vorrichtung, z. B. mit Preßluft in den Prüfling eingeblasen
werden.
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PATENTANsPROcHE: 1. Prüfverfahren für explosionsgeschützte Geräte,
bei dem innerhalb der mit einem zündfähigen Gasgemisch gefüllten, in einer ein Gasgemisch
enthaltenden Explosionskammer angeordneten Geräte eine Explosion gezündet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Prüfling und der Explosionskammer das gleiche Gasgemisch
unter normalen Druckbedingungen zugeführt wird, wobei zur Erhöhung des Explosionsdruckes
in das Gerät eine empirisch bestimmte Menge Nitrozellulose eingebracht wird.