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Untersuchung der Bruchlast von Polyamid-Schrauben in Abhängigkeit der Belastungsanstiegsgeschwindigkeit

Da sich bei EU-Baumusterprüfungen immer wieder erhebliche Differenzen zwischen der Auslegung und den in der Prüfung erreichten Drücken in Behältern gezeigt haben, wurde in diesem Forschungsprojekt der Einfluss der Kenngrößen Druckanstiegsgeschwindigkeit und Materialfeuchte auf das Öffnungsverhalten von mit Polyamid-Schrauben verschlossenen Druckentlastungsklappen in experimentellen Untersuchungen auf unserem Versuchsfeld in Kappelrodeck untersucht.

Hierfür wurden zunächst Polyamid-Schrauben  (PA-Schrauben) experimentell untersucht. Mit einem zu diesem Zweck entwickelten Prüfstand wurde das Bruchverhalten der PA-Schrauben in Abhängigkeit von der Belastungsgeschwindigkeit und Materialfeuchte charakterisiert. Auf Basis der so gewonnen Ergebnisse wurde das Öffnungsverhalten einer mit PA-Schrauben verschlossenen Explosionsklappe an einem 1 m³-Behälter untersucht. Hieraus wurden abschließend Kriterien für Baumusterprüfungen von mit PA-Schrauben verschlossenen Explosionsklappen abgeleitet.

Versuchsaufbau für die Untersuchungen einer mit PA-Schrauben verschlossenen Explosionsklappe am 1m³-Behalter. © Dr. Nissle/FSA
Hochgeschwindigkeitsaufnahmen einer sich öffnenden Explosionsklappe während der Versuche am 1m³-Behälter. © Dr. Nissle/FSA

Ergebnisse

  • Die Bruchkraft ist unabhängig von der Belastungs- bzw. Druckanstiegsgeschwindigkeit.
  • Feuchtigkeitsgesättigte Schrauben zeigen bei höherer Bruchdehnung eine geringere Bruchkraft als trockene Schrauben.
  • Handelsübliche Spritzgussschrauben weisen häufig Fehlstellen auf, was zu starker Bruchkraftstreuung führt (siehe Titelbild).
  • Gedrehte Schrauben ohne Fehlstellen liefern reproduzierbare und fast immer höhere Bruchkräfte als Spritzgussschrauben.

Kriterien für Baumusterprüfungen
Um den Worstcase für den Einsatz abzubilden, sollten bei der Baumusterprüfung folgende Punkte berücksichtigt werden:

  1. Die Prüfung muss mit fehlstellenfreien Schrauben (Drehteile) durchgeführt werden.
  2. Die Prüfung muss mit einer Druckanstiegsgeschwindigkeit größer 15 bar/s durchgeführt werden.
  3. Es müssen Schrauben mit geringer Materialfeuchte (Lagerung bei Raumbedingungen ausreichend) eingesetzt werden.

 

Der Projekt-Abschlussbericht steht in Kürze zur Verfügung.

 

Ansprechpartner:
Dr. Sebastian Nissle
Sebastian.Nissle@remove-this.fsa.de

Veröffentlichungen

T. König Charakterisierung des Bruchverhalten von Polyamidschrauben in Abhängigkeit von Belastungsanstiegsgeschwindigkeit und Materialfeuchte 2021-01-13 22:11:00
T. König

Charakterisierung des Bruchverhalten von Polyamidschrauben in Abhängigkeit von Belastungsanstiegsgeschwindigkeit und Materialfeuchte

Masterprojektarbeit, Hochschule Mannheim und FSA e.V., Mannheim, 2021
T. König Untersuchung der Bruchlast von Polyamidschrauben in Abhängigkeit der Belastungsanstiegsgeschwindigkeit 2019-09-18 22:14:00
T. König

Untersuchung der Bruchlast von Polyamidschrauben in Abhängigkeit der Belastungsanstiegsgeschwindigkeit

Bachelorarbeit, Hochschule Mannheim und FSA e.V., Mannheim, 2019
T. Pfeiffer Untersuchung der Zugfestigkeit von gedrehten Polyamid-Schrauben in Abhängigkeit von der Belastungsanstiegsgeschwindigkeit und Materialfeuchte 2021-09-15 11:37:00 F 05-1901
T. Pfeiffer

Untersuchung der Zugfestigkeit von gedrehten Polyamid-Schrauben in Abhängigkeit von der Belastungsanstiegsgeschwindigkeit und Materialfeuchte

Bachelorarbeit, Hochschule Mannheim und FSA e.V., Mannheim, 2021