Explosionsschutz für Werkzeugmaschinen

Dynamische Hochtemperaturprozesse und Explosionen sind optisch oder mit berührenden Meßmethoden schwer erfaßbar. Mit zunehmender Beanspruchung von hocheffektiven Maschinen in der Produktion steigt die Gefahr der Schädigung von Mensch, Maschine und Umwelt.
In Werkzeugmaschinen kann es durch die notwendige Zerstäubung von Kühlschmierstoffen zu zündfähigen Gemischen kommen. Dieser Gefahr versucht man mit Druckentlastungsvorrichtungen zu begegnen.
Am Institut für Brand- und Explosionsschutz IBExU GmbH in Freiberg wurden im Rahmen eines Projektes des VDMA - Verband deutscher Maschinen- und Anlagenbauer - Explosionsmessungen mit Infrarot-Meßtechnik durchgeführt. Diese Untersuchungen wurden an einem Modellgehäuse einer Werkzeugmaschine zum Test von Entlastungsklappen und flammenhemmenden Labyrinthen vorgenommen.

Einsatzbedingungen der Infrarottechnik
Herkömmliche Infrarotkameras sind für diese Meßaufgabe zu träge. Da Verbrennungsgase im infraroten Wellenlängenbereich nur sehr schwer erfaßbar sind, mußte ein geeignetes Filter ausgewählt werden. Nach Vergleichstests mit herkömmlicher Temperaturmeßtechnik an quasistationären Testflammen - auf der Basis des in Werkzeugmaschinen entstehenden Gas-Suspensions-Gemisches - wurde ein CO2-Filter ausgewählt. Diese repräsentiert am besten Strahlungsverteilung eine Messung der Gastemperaturen ist infolge sich ändernden Zusammensetzung nicht möglich.

Messung und Prüfung
Es wurden verschiedene Labyrinthe und Entlastungseinrichtungen in das Modellgehäuse eingesetzt, um die räumliche und zeitliche Ausdehnung von Flammen und heißen Gasen aufzuzeichnen. Das Institut steuerte die Art und Stärke der Explosion - jeweils wurde dann mit einer Echtzeitkamera mit 30 Bildern je Sekunde die Explosionswolke aufgezeichnet. Es wurde eine Bewertungsgrenze für die Unterscheidung Heißgas/Flamme festgelegt.

Auswertung
Für die verschiedenen Druckentlastungseinrichtungen wurden die Infrarotaufnahmen wie folgt analysiert:

• Zeitlicher Verlauf der Explosion
• Vergleich mit den optischen Aufnahmen
• Flammendurchschlag ja/nein
• Vermessung der geometrischen Ausdehnung der Flamme

In Auswertung dieser Analyse konnte festgestellt werden, bei welchem Modell und welchen Spaltweiten welche Gefahren auftreten können, d.h. in welcher Zeit und in welcher Entfernung vom Gehäuse welche Temperaturen erreicht werden. Die Ergebnisse werden der weiteren Entwicklung von Druckentlastungseinrichtungen zugrunde gelegt.

Bei weiteren Untersuchungen ähnlicher Prozesse kommt unsere modifizierte Infrarotmeßtechnik zum Einsatz: IR-Systeme in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen verschiedene Objektive (Teleoptik, Weitwinkel) verschiedene Blenden und Filter (Hochtemperaturfilter, Flammenfilter, Glasfilter, CO2-Filter) Aufzeichnungsgeschwindigkeit bis 50 Bilder je Sekunde oder 3500 Linien je Sekunde