Bruchverhalten von Kunststoffschrauben im Explosionsschutz

Aus Kostengründen werden Explosionsklappen von Ingenieurbüros oder Anlagenbetreibern häufig selbst konstruiert und gebaut. Der Verschlussmechanismus wird dabei nicht selten mit Hilfe von Kunststoffschrauben realisiert. Die Schrauben sollen bei einem definierten Eplosionsüberdruck reißen, worauf sich anschließend die Klappe öffnet. Als Dimensionierungsgrundlage für den Ansprechdruck einer solchen Klappe wird die von den Herstellern angegebene Zugfestigkeit der verbauten Schrauben verwendet.

Abbildung 1: Beispiel einer Explosionsklappe mit Polyamidschrauben (weiß) als Verschlussmechanismus.

Bei experimentellen Prüfungen solcher Klappen zeigt sich immer wieder, dass die Ansprechdrücke bei solchen Klappenverschlüssen stark von den berechneten Ansprechdrücken abweichen. Als Ursache dafür kommen die Bauart der Explosionsklappe sowie die Druckanstiegsgeschwindigkeit im Behälter in Frage. Es kommt vor, dass der gemessene Ansprechdruck deutlich über dem berechneten Ansprechdruck liegt. Ist das der Fall, führt dies zu gefährlich erhöhtem Überdruck im zu schützendem Silo, Behälter oder Gebäude.

Um Abhilfe zu schaffen, muss eine verlässlichere Dimensionierungsgrundlage für den Verschluss von Explosionsklappen mit Kunststoffschrauben geschaffen werden. Zu diesem Zweck wird in einem Laboraufbau die Krauftauswirkung auf eine Schraube während eines Explosionsvorganges nachgestellt und der Reissvorgang von Kunststoffschrauben untersucht. Dabei werden verschiedene Einflüsse ausgiebig untersucht, zum Beispiel insbesondere die Geschwindigkeit des Druckanstiegs. Anhand der Laborergebnisse soll eine Dimensionierungsgrundlage für Kunstsstoffschrauben entwickelt werden, die anschließend in Feldversuchen überprüft wird.

Abbildung 2: Im Versuchsaufbau wirkende Kraft auf eine Polyamidschraube (grau) im Vergleich zur wirkenden Kraft bei einer Explosion. Nach 6 ms bei etwa 1,5 kN reisst die Schraube und die wirkende Kraft fällt auf null.

Ansprechpartner für weitere Informationen:
Dirk Lorenz
E-Mail: dirk.lorenz(ат)fsa.de