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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Analyse der Explosionsfähigkeit von Stäuben gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs.
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Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Analyse der Explosionsfähigkeit von Stäuben bekannt, bei denen Staub in einem Trichter mit Hilfe einer Luftpumpe aufgewirbelt und durch ein Zündmittel entzündet werden. Durch einen Luftstoß aus einer Luftpumpe wird der Staub fein verteilt und kann sich beispielsweise an einer Kerzenflamme entzünden. Nachteilhaft bei bekannten Vorrichtungen ist jedoch, dass lediglich qualitative Experimentierergebnisse in Form von Staubexplosionen erzielbar sind, die mit einer breiten Stichflamme einhergehen. Die Ergebnisse beschränken sich dabei demnach lediglich auf das Auftreten einer Explosion oder einer unterbleibenden Entzündung der Stäube. Darüber hinaus besteht das Problem, dass relativ wenige d.h. unterschiedliche Stäube zur Demonstration einer Staubexplosion eingesetzt werden können.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung die voranstehenden aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige Vorrichtung zur Analyse der Explosionsfähigkeit von Stäuben bereitzustellen, die eine differenzierte Ermittlung der Explosionsgrenzen von Stäuben bzw. eine mindestens halbquantitative Unterscheidung der Staubexplosionsfähigkeit ermöglicht.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs.
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Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtungen möglich.
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Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zur Analyse der Explosionsfähigkeit von Stäuben einen Versuchskörper auf, wobei an einem ersten Ende des Versuchskörpers ein bewegliches Deckelelement angeordnet ist, das zumindest in einer Offenstellung, in der der Versuchskörper an dem ersten Ende geöffnet ist und in eine Schließstellung, in der der Versuchskörper verschlossen ist, bewegbar ist. Des Weiteren weist die Vorrichtung zumindest eine Zündmittelaufnahme auf, an der zumindest ein Zündmittel in dem Versuchskörper anordbar ist, um nach Einführen eines Fluids, den im Inneren des Versuchskörpers aufgewirbelten Staub zu entzünden. Eine Fluidleitung ist erfindungsgemäß zumindest abschnittsweise in dem Versuchskörper anordbar, wodurch das Fluid in den Versuchskörper einführbar ist. Der Staub kann in die Staubaufnahme, welche an einem zweiten Ende des Versuchskörpers angeordnet ist, eingefüllt werden. Zwischen der Staubaufnahme und dem Deckelelement ist das Zündmittel angeordnet, wobei zwischen dem Zündmittel und der Staubaufnahme die Fluidleitung angeordnet ist. Dementsprechend wird durch die Fluidleitung das Fluid in Richtung der Staubaufnahme geleitet, sodass der Staub aus der Staubaufnahme aufgewirbelt und in dem Versuchskörper verteilt wird, sodass der Staub in Kontakt mit dem Zündmittel kommt und eine Staubexplosion erzeugbar ist. Dadurch, dass die Fluidleitung zwischen dem Zündmittel und der Staubaufnahme angeordnet ist, wird der Einfluss des eingeführten Fluids auf das Zündmittel zumindest verringert, wobei gleichzeitig der Staub aus der Staubaufnahme aufgewirbelt wird, sodass der Staub innerhalb des Versuchskörpers durch den Druck des Fluids verteilt werden kann. Bei dem Fluid handelt es sich vorzugsweise um ein gasförmiges Fluid, insbesondere Luft, welches mit einem Druck von zwischen ungefähr 2 bar und ungefähr 10 bar in den Versuchskörper eingeleitet wird. Das Deckelelement ist erfindungsgemäß beweglich an dem Versuchskörper angeordnet, sodass in Folge der Staubexplosion der Deckel in Abhängigkeit der Explosionsintensität eine Bewegung aus der Schließstellung in Richtung Offenstellung vollziehen kann. Vorzugsweise ist der Deckel dabei stufenlos von der Schließstellung in die Offenstellung bewegbar. Dementsprechend kann durch eine entsprechende Deckelbewegung in Folge der Staubexplosion auf die Explosionsfähigkeit des eingesetzten Staubes geschlossen werden. Bei den eingesetzten Stäuben kann es sich beispielsweise um Weizen-, Instant-, Mais-, Holz- und/oder Stärkemehl sowie Puderzucker, Kaffeeweißer, Druckertoner, Bärlappsporen, aber auch verschiedene Metallstäube, wie beispielsweise Aluminium, Zink oder Magnesium handeln. Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich lediglich um einen Auszug möglicher Stäube, wobei die Aufzählung nicht abschließend und somit nicht darauf beschränkt ist.
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Im Rahmen der Erfindung kann die Staubaufnahme als ein Tiegel ausgebildet sein. Ein erfindungsgemäßer Tiegel kann dabei kraft- und/oder formschlüssig am zweiten Ende des Versuchskörpers angeordnet werden, sodass nach Einführen eines Fluids die Staubaufnahme positionsfest am zweiten Ende des Versuchskörpers verbleibt und somit das Fluid lediglich den Inhalt also den Staub aus dem Tiegel aufwirbeln kann. Vorzugsweise ist der Tiegel dabei derart ausgestaltet, dass durch Einführen des Fluids der Staub in Richtung Zündmittel geleitet wird und gleichzeitig der Staub innerhalb des Versuchskörpers im Wesentlichen gleichmäßig verteilt wird. Vorzugsweise weist der Tiegel eine Keramik auf, wobei eine Keramik den Vorteil aufweist, dass diese schwer entflammbar ist und somit in Folge der Staubexplosion nicht oder nur schwer entflammt werden kann.
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Es ist des Weiteren denkbar, dass die Fluidleitung gewinkelt und/oder gekrümmt ausgebildet ist und zumindest eine Öffnung aufweist, die in Richtung Staubaufnahme orientiert ist. Insbesondere kann die Fluidleitung Keramik, Glas und/oder Metall zumindest abschnittsweise aufweisen. Die Fluidleitung ist zwischen dem Zündmittel und der Staubaufnahme angeordnet, sodass das in den Versuchskörper eingeleitete Fluid im Wesentlichen in Richtung Staub und somit Staubaufnahme geleitet werden kann und den Staub aufwirbelt, sodass dieser in Richtung Zündmittel aufsteigt. Durch die gewinkelte oder gekrümmte Ausformung der Fluidleitung kann erreicht werden, dass zumindest der größte Teil des sich in der Staubaufnahme befindlichen Staubes aufgewirbelt wird, sodass qualitativ und zumindest halb quantitativ die vorzugsweise festgelegte/definierte Staubmenge und die daraus entstehende Staubexplosion Schlüsse auf die Explosionsfähigkeit des Staubes gezogen werden können. Gleichzeitig ermöglicht eine in Richtung Staubaufnahme orientierte Fluidleitung, dass eine Beeinflussung des Zündmittels bzgl. der thermischen Energie zumindest weitestgehend reduziert werden kann. Insbesondere kann die Fluidleitung zumindest abschnittsweise Keramik, Glas und/oder Metall aufweisen, sodass zum einen die Fluidleitung unempfindlich gegenüber der Staubexplosion und der damit verbundenen thermischen Energie ist und gleichzeitig mechanisch stabil ausgebildet ist, sodass bei Einleitung des Fluids die Fluidleitung positionsfest verbleibt und somit gezielt das Fluid in Richtung Staubaufnahme geleitet werden kann.
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Der Versuchskörper kann im Rahmen der Erfindung zylindrisch ausgebildet sein, insbesondere kann der Versuchskörper Kunststoff aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Versuchskörper transparent oder zumindest transluzent ausgebildet ist, sodass von außen eine Staubexplosion erkennbar ist. Ebenfalls vorteilhaft kann es sein, dass der Versuchskörper einen im Wesentlichen gleichbleibenden Durchmesser entlang seines Verlaufes aufweist. Der zylindrische Aufbau des Versuchskörpers ermöglicht eine kostengünstige Herstellung, wobei insbesondere Kunststoffrohre eine besonders einfache und somit kostengünstige Herstellung ermöglichen. Das Deckelelement kann dabei vorzugsweise einen größeren Durchmesser, insbesondere Außendurchmesser, als der Versuchskörper aufweisen, sodass ein geschlossenes System ermöglicht werden kann, wenn das Deckelelement sich in der Schließstellung befindet.
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Vorteilhafterweise kann das Zündmittel elektrisch, mechanisch und/oder pyrotechnisch ausgebildet sein. Ein elektrisches Zündmittel ermöglicht ein Entzünden eines Staubes unter im Wesentlichen gleichbleibenden Bedingungen, wobei über eine angelegte Spannung die Aktivierungsenergie regel- und/oder steuerbar ist. Ein mechanisches Zündmittel kann beispielswiese in Form einer durch Reibung entstehenden Aktivierungsenergie beispielsweise einem Zündmittel wie es in Feuerzeugen zum Einsatz kommt ausgebildet sein. Somit kann beispielsweise über einen Zündstein und die Zufuhr von mechanischer Reibung Funken gebildet werden. Die Funkenbildung liefert die entsprechende Aktivierungsenergie zum Entzünden des aufgewirbelten Staubes. Es ist des Weiteren denkbar, dass das Zündmittel pyrotechnisch ausgebildet ist, sodass beispielsweise ein Feuerwerkskörper, ein Streichholz und/oder eine Wunderkerze als Zündmittel für die Staubexplosion zur Lieferung der Aktivierungsenergie dienen. Bei einem elektrischen Zündmittel kommt vorzugsweise eine Metallwendel zum Einsatz, welche durch Anlegen einer Spannung die notwendige Aktivierungsenergie dadurch liefert, dass die Wendel aufgrund des Widerstandes anfängt zu glühen und somit die nötige thermische Energie liefert. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Wendel aus einem Metall, insbesondere Stahl / Edelstahl mit einem Durchmesser zwischen ungefähr 0,1 mm und ungefähr 5 mm, vorzugsweise zwischen ungefähr 0,25 mm und ungefähr 3 mm, besonders bevorzugt zwischen ungefähr 0,4 mm und ungefähr 1 mm. Es ist weiterhin denkbar, dass das Zündmittel ein Kanthaldraht, insbesondere mit einem Durchmesser zwischen ungefähr 0,1 mm und ungefähr 5 mm, vorzugsweise zwischen ungefähr 0,25 mm und ungefähr 3 mm, besonders bevorzugt zwischen ungefähr 0,4 mm und ungefähr 1 mm.
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Im Rahmen der Erfindung kann das Deckelelement einen Winkelmesser aufweisen, wodurch ein Öffnungswinkel des Deckelelementes in Folge der Staubexplosion feststellbar ist. Der Winkelmesser kann beispielsweise als Winkelmessskala ausgebildet sein, sodass das Deckelelement selber oder ein an dem Deckelelement angeordnetes Zeigemittel den Öffnungswinkel an den Winkelmesser anzeigt. Durch einen erfindungsgemäßen Winkelmesser, welcher auch als Winkelsensor ausgebildet sein kann, können halbquantitative Aussagen über die Explosionsfähigkeit insbesondere in Abhängigkeit von Staubmenge und/oder Aktivierungsenergie getroffen werden. Der Winkelmesser kann mechanisch, elektrisch, insbesondere optisch, magnetisch und/oder kapazitiv ausgebildet sein. Ein rein mechanisch ausgebildeter Winkelmesser, welcher beispielsweise mit einer Messskala ausgeführt ist, kann dabei eine besonders kostengünstige Ausführungsform darstellen.
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Es ist des Weiteren vorteilhaft, wenn an dem Deckelelement zumindest ein Gelenkmittel angeordnet ist, wodurch das Deckelelement klappbar gelagert ist. Das Gelenkmittel ermöglicht somit, dass das Deckelelement, insbesondere geführt, in Folge der Staubexplosion von der Schließstellung in die Offenstellung bewegbar ist. Somit ist ein unkontrolliertes Lösen des Deckelelementes von dem Versuchskörper im Wesentlichen unterbunden. Weiterhin vorteilhaft kann das Gelenkmittel das Deckelelement derart führen, dass mit einem erfindungsgemäßen Winkelmesser der Öffnungswinkel des Deckelelementes zuverlässig dargestellt werden kann. Das Gelenkmittel kann dabei beispielsweise als ein Scharnier ausgebildet sein und zum einen an dem Deckelelement und zum anderen an dem Versuchskörper form- und/oder festschlüssig angeordnet sein.
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Im Rahmen der Erfindung kann an der Fluidleitung ein Ventil und/oder eine Pumpe, insbesondere ein Manometer angeordnet sein, wobei insbesondere das Ventil und/oder die Pumpe, insbesondere das Manometer fluiddicht mit der Fluidleitung verbindbar ist, sodass eine definierte Fluidmenge in den Versuchskörper einleitbar ist. Durch ein Ventil, insbesondere ein Manometer kann eine immer gleichbleibende Luftmenge in den Versuchskörper eingeführt werden und gleichzeitig mit einem ausreichenden Sicherheitsabstand vom Versuchskörper das Fluid zuverlässig in Richtung Staubaufnahme geleitet werden. Die Pumpe kann dabei eine mechanische Pumpe beispielsweise eine Luftpumpe, insbesondere mit einem Manometer, und/oder eine elektrische Pumpe in Form eines Kompressors sein. Über ein erfindungsgemäßes Ventil kann ein vordefinierter Druck in der Fluidleitung erzeugt werden und erst bei Erreichen des zuvor definierten Druckes das Ventil öffnen, wodurch das Fluid in den Versuchskörper eingeleitet wird.
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Vorteilhafterweise kann eine Bilderfassungseinheit vorgesehen sein, womit zumindest eine Bewegung des Deckelelementes und/oder die Staubexplosion bildtechnisch erfassbar ist. Vorzugsweise handelt es sich bei der Bilderfassungseinheit um eine Kamera, insbesondere Foto- und/oder Videokamera, welche eine kontinuierliche optische Abbildung des Versuches aufzeichnet, wobei vorzugsweise die Bilderfassungseinheit Slow-Motion-Aufnahmen von zumindest der Staubexplosion und/oder der Deckelbewegung ermöglicht. Mit Hilfe der Bilderfassungseinheit und der damit bildtechnisch erfassten Bewegung des Deckelelementes und/oder der Staubexplosion sind zumindest halbquantitative Aussagen zusätzlich zu den qualitativen Ergebnissen der Staubexplosion erzielbar.
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Im Rahmen der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass ein Stelltransformator vorgesehen ist und mit dem Zündmittel elektrisch leitend verbunden ist. Dementsprechend kann über den Stelltransformator die Spannung beispielsweise an dem Zündmittel, welches in Form einer Wendel ausgebildet ist, eingestellt werden. Somit kann über den Stelltransformator die Aktivierungsenergie des Zündmittels regel- und/oder steuerbar sein, sodass halbquantitative und qualitative Aussagen über die Staubexplosion getroffen werden können. Dementsprechend kann über die gleichbleibende Spannung des Stelltransformators eine gleichbleibende Aktivierungsenergie für unterschiedliche Stäube und/oder unterschiedliche Staubmassen eingestellt und definiert werden. Ebenso kann die Aktivierungsenergie somit erhöht oder verringert werden und somit an Staubart und/oder Staubmenge angepasst werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Analyse der Explosionsfähigkeit von Stäuben beansprucht. Dementsprechend ergeben sich für die Verwendung dieselben Vorteile wie sie zuvor in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben worden sind.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
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Es zeigt:
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1 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 mit einem zylinderförmigen Versuchskörper 11, wobei der Versuchskörper 11 ein erstes Ende 11.1 mit einem Deckelelement 12 und ein zweites Ende 11.2 mit einer Staubaufnahme 16 aufweist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich das Deckelelement 12, welches über ein Gelenkmittel 12.1 beweglich am Versuchskörper 11 angeordnet ist, in der Offenstellung I. Darüber hinaus ist in gestrichelten Linien das Deckelelement 12 in der Schließstellung II angedeutet, wobei sich in der Schließstellung II ein geschlossenes System für die Analyse der Explosionsfähigkeit von Stäuben 100 bildet. Am ersten Ende 11.1 des Versuchskörpers 11 ist ein Winkelmesser 18, hier als Winkelsensor 18 ausgebildet, angeordnet, wodurch der Öffnungswinkel des Deckelelementes 12 in Folge einer Staubexplosion 101 messbar ist. Erfindungsgemäß ist es denkbar, dass das Gelenkmittel 12.1 derart ausgebildet ist, dass das Deckelelement 12 nach einer Staubexplosion 101 in der Offenstellung I verbleibt oder zurück in die Schließstellung II bewegt wird. Wie zu erkennen ist, bereitet sich die Staubexplosion 101 zumindest in Richtung des ersten Endes 11.1 des Versuchskörpers 11 aus und kann bei entsprechender Energie dazu führen, dass das Deckelelement 12 aus der Schließstellung II in eine Offenstellung I bewegt wird. Der Staub 100 wird durch die Pumpe 17.1, welche vorzugsweise ein Manometer aufweist, mit einem vorzugsweise gasförmigen Fluid innerhalb des Versuchskörpers 11 aufgewirbelt und von dem Zündmittel 14, welches in der Zündmittelaufnahme 13 angeordnet ist, entzündet. Die Pumpe 17.1 ist derart mit der Fluidleitung 15 fluiddicht verbunden, dass das vorzugweise gasförmige Fluid durch die Fluidleitung in Richtung Öffnung 15.1 geleitet wird. Zwischen der Pumpe 17.1 und dem Versuchskörper 11 ist an der Versuchswand der Fluidleitung 15 ein Ventil 17 angeordnet, wodurch beispielsweise die Fluidmenge und/oder der Fluiddruck regel- und/oder steuerbar ist. Am Versuchskörper 11 ist darüber hinaus eine Fluidleitungsaufnahme 15.2 angeordnet, wodurch zum einen ermöglicht ist, dass die Fluidleitung 15 reversibel an dem Versuchskörper 11 anordbar ist und gleichzeitig der Versuchskörper 11 fluiddicht im Bereich der Fluidleitung 15 ausgebildet ist. Die Fluidleitung 15 ist in dem Bereich, welcher innerhalb des Versuchskörpers 11 angeordnet ist, gewinkelt ausgebildet, wobei in 1 ein Winkel von ungefähr 90° im Bereich oberhalb der Staubaufnahme 16 ausgebildet ist, sodass aus der Öffnung 15.1 der Fluidleitung 15 das Fluid in Richtung Staub 100 innerhalb der Staubaufnahme 16 geleitet werden kann. Das Zündmittel 14 ist an der Zündmittelaufnahme 13 angeordnet und mit einem Stelltransformator 20 elektrisch leitend verbunden. Das Zündmittel 14 ist in 1 als eine Wendel, vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, ausgebildet, wobei die Zündmittelaufnahmen 13 als Glühwendelhalter 13 ausgebildet sind, sodass über den Stelltransformator 20 eine Spannung an das Zündmittel 14 anlegbar ist, sodass das Zündmittel 14 in Form einer Glühwendel 14 die notwendige Aktivierungsenergie zur thermischen Entzündung des aufgewirbelten Staubes 100 erzeugbar ist. Darüber hinaus ist am Versuchskörper 11 eine Bilderfassungseinheit 19 angeordnet, sodass die Staubexplosion 101 und/oder eine Bewegung des Deckelelementes 12 von der Schließstellung II in die Offenstellung I bildtechnisch erfassbar ist.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsform beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen eines Beispiels.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 11
- Versuchskörper
- 11.1
- erstes Ende von 11
- 11.2
- zweites Ende von 11
- 12
- Deckelelement
- 12.1
- Gelenkmittel
- 13
- Zündmittelaufnahme
- 14
- Zündmittel
- 15
- Fluidleitung
- 15.1
- Öffnung von 15
- 15.2
- Fluidleitungsaufnahme
- 16
- Staubmittelaufnahme
- 17
- Ventil
- 17.1
- Pumpe/Manometer
- 18
- Winkelmesser
- 19
- Bilderfassungseinheit
- 20
- Stelltransformator
- 100
- Staub
- 101
- Staubexplosion
- I
- Offenstellung
- II
- Schließstellung
