Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verschluß für eine Stahlhülse, die zur Kalibrierung des sogenannten Koenen-Tests verwendet wird, eine solche Stahlhülse samt Verschluß sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Koenen-Tests.

Zur Ermittlung explosiver Eigenschaften wird der sogenannte Koenen-Test, auch Stahlhülsenverfahren genannt, international in Prüflaboratorien eingesetzt. Beispielsweise wird der Koenen-Test im UN-Handbuch für den Transport von Gefahrgütern „UN Recommendations on the Transport of Dangerous Goods, Manual of Test and Criteria; fourth revised edition 2003" als ein Standard-Test zur Bestimmung der Explosionsgefahr aufgeführt.

Beim Koenen-Test wird der zu untersuchende Stoff in einer teilweise verschlossenen Stahlhülse thermisch mittels Flammen belastet. Die Aufheizung der Stahlhülse wird über die Aufheizrate (K/s) definiert und muss demzufolge kalibriert werden. Die Kalibrierung erfolgt dabei durch die Erwärmung einer Kalibriersubstanz, die in einer Stahlhülse aufgenommen ist. Die Erwärmung erfolgt mittels vier typischerweise mit Propangas betriebenen Brennern, wobei sich einer der Brenner unterhalb der Stahlhülse befindet, während die weiteren Brenner die Hülse von drei seitlichen Richtungen erhitzen. Es können auch andere Brennergase verwendet werden, solange die erforderliche Heizrate erreicht wird.

Typischerweise wird als Kalibriersubstanz Dibutylphthalat, typischerweise 27 cm ³ Dibutylphthalat, verwendet. Das Dibutylphthalat wird während des Kalibrierens auf 285 ⁰ C erhitzt, wobei die Temperatur in ⁰ C gegen die Zeit aufgetragen wird. In der Fig. 4 ist eine solche Kurve beispielhaft gezeigt. Darin ist gut zu erkennen, daß der Kurvenverlauf nach Erreichen einer gewissen Schwellentemperatur (135 ⁰ C für Dibutylphthalat) im wesentlichen linear ist. Zur Kalibrierung der Apparatur wird daher der lineare Kurvenabschnitt zwischen 135 ⁰ C und 285 ⁰ C herangezogen, aus dem die Heizrate berechnet werden kann. Nun wird der Gasdruck der Brenner so reguliert, daß die für den Koenen-Test vorgeschriebene Heizrate von 3,3 + 0,3 K/s eingestellt ist. Die Temperaturmessung wird mittels eines Thermoelements durchgeführt. Dieses ist durch eine Öffnung in der Düsenplatte durchgeführt und 43 mm unterhalb der Düsenplatte zentral in der Stahlhülse plaziert. Bei der Kalibrierung wird das Dibutylphthalat in der Stahlhülse von den vier Brennern stark erwärmt. Dabei kommt es regelmäßig zum Überlaufen von Dibutylphthalat durch die Düsenplatte in den unteren Brenner. Dies hat eine Verschmutzung des Brenners und des die Stahlhülse umgebenden Schutzkastens zur Folge. Daher müssen Brenner und Schutzkasten gereinigt werden, was zusätzlichen Personal und Zeitaufwand bedeutet. Weiterhin muß der Brenner gegebenenfalls ersetzt werden, was nicht nur Kosten verursacht sondern wodurch sich auch die Einstellung des Gasstromes ändert und die Kalibrierung der Apparatur wiederholt werden muß. Darüberhinaus ist Dibuthylphthalat eine giftige Substanz, die sich typischerweise beim Überlaufen entzündet, brennt und auf diese Weise toxische Gase erzeugt. Der Versuchsraum muß dann längere Zeit belüftet werden und steht während dieser Zeit nicht zur Verfügung.

Im Hinblick auf das oben Gesagte, schlägt die vorliegende Erfindung einen Verschluß gemäß Anspruch 1, eine Stahlhülse gemäß Anspruch 14 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 18 vor.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist ein Verschluß für eine Stahlhülse, die zur Kalibrierung des Koenen-Tests eingerichtet ist, eine Düsenplatte, die zum Verschließen der Stahlhülse angepaßt ist, und eine Düsenöffnung aufweist. Weiterhin umfaßt der Verschluß eine Führung, deren eines Ende um die Düsenöffnung herum mit der Düsenplatte verbunden ist und deren entgegengesetztes Ende so angepaßt ist, daß es die Einführung eines Thermoelements in die Führung und durch die Düsenöffnung der Düsenplatte hindurch erlaubt. Außerdem erlaubt die Führung die Ableitung eines Fluids. Beispielsweise kann die Führung ein Rohr, etwa ein Stahlrohr, sein. Insbesondere kann die Führung fluiddicht, beispielsweise mittels Verschweißen, mit der Düsenplatte verbunden sein.

Tritt nun bei der Kalibrierung des Koenen-Tests die Kalibriersubstanz, d.h. üblicherweise das Dibutylphthalat, durch die Düsenplatte aus, so wird es in der Führung aufgenommen. Fluides, d.h. flüssiges und/oder gasförmiges, Dibutylphthalat wird so mittels der Führung kontrolliert abgeleitet. Aufgrund der vorgesehenen Führung kann so das Überlaufen des Dibutylphthalats, und folglich auch dessen Entzünden sowie die Bildung toxischer Gase, vermieden werden. Die Verschmutzung des unteren Brenners und des Schutzkastens wird vermieden, so daß deren Reinigung entfällt. Dadurch können mehrere Kalibrierungen hintereinander durchgeführt werden, ohne daß die Gasflussrate nachgestellt werden muß. Insgesamt bewirkt die Erfindung somit eine Einsparung von Arbeitszeit und finanzieller Mittel. Darüberhinaus werden die Umwelt und die Gesundheit der die Versuche durchführenden Personen geschont.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das der Düsenplatte entgegengesetzte Ende der Führung verzweigt. Zumindest einen Zweig ist zum Einführen des Thermoelements vorgesehen und mindestens ein weiterer Zweig zur Ableitung des Fluids. Typischerweise ist dabei der Zweig zum Einführen des Thermoelements im wesentlichen fluiddicht. Eine solche Verzweigung der Führung kann beispielsweise durch ein T-Stück gebildet sein.

Auf diese Weise kann beispielsweise die in die Führung ausgetretene Kalibriersubstanz seitlich aus der Vorrichtung abgeleitet werden. Beispielsweise kann eine Ableitung lösbar, z.B. über fluiddichte Schraubverbindungen, mit der Führung verbunden sein. Auf diese Weise kann die Stahlhülse samt Verschluß aus der Versuchsvorrichtung entfernt werden, ohne daß die Ableitung entfernt werden muß. Weiterhin können Manipulationen am Thermoelement vorgenommen werden, ohne die Ableitung für die Kalibriersubstanz verändern zu müssen.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Düsenöffnung mittig in der Düsenplatte angeordnet. Insbesondere kann sich die Düsenöffnung von der Seite, an der sie mit der Führung verbunden ist, zu der gegenüberliegenden Seite hin verjüngen. Beispielsweise kann ein Durchmesser der Düsenöffnung der Seite, an der sie mit der Führung verbunden ist, dreimal bis fünfmal größer sein als ein Durchmesser der Düsenöffnung an der gegenüberliegenden Seite. Insbesondere kann ein Durchmesser der Düsenöffnung der Seite, an der sie mit der Führung verbunden ist, zwischen 8 und 12 mm betragen und ein Durchmesser der Düsenöffnung an der gegenüberliegenden Seite zwischen 1 und 4 mm betragen.

Aufgrund der Führung kann die Düsenöffnung nicht mehr direkt zugänglich sein, so daß sich das Einfädeln des Thermoelements in die Düsenöffnung schwierig gestalten kann. Die Verjüngung der Düsenöffnung erleichtert hierbei das Einführen des Thermoelements durch die Düsenöffnung. Gleichzeitig hat die Veränderung der Düsenöffnung auf die Kalibrierung keinen Einfluß. Gemäß einer Weiterbildung ist eine Mutter verschiebbar an der Führung gehalten. Mit Hilfe der Mutter kann der Verschluß an der Stahlhülse befestigt werden. Auf diese Weise kann der Verschluß den im Inneren der Stahlhülse entstehenden Drücken widerstehen, ohne daß die mechanischen Belastungen unmittelbar von der Düsenplatte aufgenommen werden müssen.

Gemäß noch einem Ausführungsbeispiel umfaßt eine Stahlhülse 200 für die Kalibrierung des Koenen-Tests einen Verschluß, wie er oben beschrieben wurde. Der Verschluß kann mittels einer Mutter an der Stahlhülse befestigt sein. Beispielsweise kann die Stahlhülse ein Gewinde aufweisen, das mit dem Gewinde der Mutter verschraubbar ist. Alternativ kann ein Gewindering vorgesehen sein, der um eine äußere Oberfläche der Stahlhülse herum angeordnet ist und mit dem Gewinde der Mutter verschraubt werden kann. Weiterhin kann die Stahlhülse ein Thermoelement aufweisen, das von dem entgegengesetzten Ende der Führung durch die Düsenöffnung der Düsenplatte hindurch in das Innere der Stahlhülse eingeführt ist.

Gemäß noch einem Ausführungsbeispiel wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Koenen-Tests bereitgestellt. Die Vorrichtung weist dabei eine Erhitzungseinrichtung, wie z.B. Propangasbrenner, eine Haltevorrichtung für die oben beschriebene Stahlhülse und die Stahlhülse selbst auf. Mit einer solchen Vorrichtung können die oben genannten Vorteile erzielt werden.

Weiterhin kann die Vorrichtung ein mit dem der Düsenplatte entgegengesetzten Ende der Führung verbundenes Ventil aufweisen. Über dieses Ventil kann das Fluid aus der Führung abgelassen werden. Dabei kann das Ventil ein Überdruckventil sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Ventil manuell betätigbar sein. Beispielsweise kann das Ventil als Hahn ausgebildet sein.

Mit Hilfe des Ventils kann die aus der Stahlhülse ausgetretene Kalibriersubstanz in der Führung zurückgehalten und zu einem genehmen Zeitpunkt ausgelassen werden. Weiterhin kann durch Bereitstellen eines Überdruckventils die Sicherheit der Gesamtvorrichtung erhöht werden.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Vorrichtung einen Auffangbehälter zum Aufnehmen des über die Führung abgelassenen Fluids aufweisen. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Kalibriersubstanz unkontrolliert in die Umwelt entweicht. Weiterhin kann auf diese Weise die Kalibriersubstanz aufgefangen, gegebenenfalls aufbereitet und anschließend wiederverwendet werden. Beispielsweise kann die Verbindung zwischen der Führung und dem Auffangbehälter mittels einer Verschraubung oder eines Ventils hergestellt werden. Dabei kann das Ventil beispielsweise als Hahn ausgebildet sein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten, Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Verschluß gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine Stahlhülse gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 eine Vorrichtung zur Durchführung des Koenen-Tests gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel; und

Fig. 4 eine beispielhafte Kalibrierkurve, wie sie aus dem Koenen-Test gewonnen werden kann.

Die Fig. 1 zeigt einen Verschluß 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Verschluß 100 ist angepaßt für eine Stahlhülse (nicht gezeigt), die bei der Durchführung des Koenen-Tests verwendet wird. Der Verschluß 100 umfaßt eine Düsenplatte 110, die zum Verschließen der Stahlhülse angepaßt und beispielsweise aus Stahl gefertigt ist. Die Düsenplatte 110 weist eine Düsenöffnung 120 auf, die mittig in der Düsenplatte 110 angeordnet ist. Die Düsenöffnung 120 verjüngt sich von der einen Oberfläche 112 der Düsenplatte zu der anderen Oberfläche 114. Dabei ist ein Durchmesser D2 der Düsenöffnung an der einen Oberfläche 112 größer als ein Durchmesser Dl der Düsenöffnung 120 an der gegenüberliegenden Oberfläche 114. Beispielsweise ist der kleinere Durchmesser Dl mit 1,5 mm und der größere Durchmesser D2 mit 8 mm gegeben. Die Düsenplatte 110 weist weiterhin eine Schulter 116 auf. Die Schulter 116 kann beispielsweise an die Stahlhülse derart angepaßt sein, daß der zurückgesetzte Teil der Schulter 116, d.h. der Teil mit dem geringeren Durchmesser, dem Innendurchmesser der Stahlhülse angepaßt ist. Auf diese Weise wird ein guter Verschluß der Stahlhülse durch die Düsenplatte 110 gewährleistet. Der Verschluß 100 weist weiterhin eine Führung 150 auf, die aus einem Stahlrohr gebildet ist. Das eine Ende 152 der Führung ist um die Düsenöffnung 120 herum mit der Düsenplatte 110 verbunden. Die Führung ist mit der Düsenplatte 110 verschweißt und auf diese Weise fluiddicht mit der Düsenplatte 110 verbunden. Das entgegengesetzte Ende 154 der Führung 150 weist einen Zweig 160 zum Einführen eines Thermoelements 140 auf. Der Zweig 160 ist über eine an das Thermoelement angepaßte Verschraubung 162 fluiddicht abgeschlossen. Das Thermoelement ist mittels einer Dichtung (nicht gezeigt) durch die Verschraubung 162 durchgeführt und ragt weiterhin durch die Düsenöffnung 120 der Düsenplatte 110.

Die Führung 150 weist weiterhin einen weiteren Zweig 170 zur Ableitung eines Fluids 10 auf. Der Strömungsweg des Fluids ist in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet. Durch den ersten Zweig 160 und den zweiten Zweig 170 wird so eine Verzweigung 156 gebildet, die im gezeigten Fall als T-Stück ausgebildet ist. Jedoch können je nach Bedarf auch mehr als nur zwei Zeige vorgesehen werden.

Der Verschluß 100 weist weiterhin eine Mutter 180 auf, die mit einer mittigen Bohrung 182 versehen ist. Die Führung 150 ist durch die Bohrung 182 der Mutter 180 hindurchgeführt, so daß die Mutter 180 verschiebbar an der Führung 150 gehalten ist. Die Mutter 180 weist weiterhin ein Gewinde 184 auf.

Die Fig. 2 zeigt eine Stahlhülse 200 zusammen mit dem oben beschriebenen Verschluß 100. Über eine äußere Oberfläche 210 der Stahlhülse 200 ist ein Gewindering 190 geschoben. Der Gewindering 190 ist angepaßt, mit dem Gewinde der Mutter 180 verschraubt zu werden. Auf diese Weise kann der Verschluß 100 fest mit der Stahlhülse 200 verbunden werden. Alternativ dazu kann die Stahlhülle 200 mit einem Außengewinde versehen sein, mit dem die Mutter 180 verschraubt wird.

In der gezeigten Anordnung ist das Thermoelement durch die Verschraubung 162 und die Düsenöffnung 120 hindurch in das Innere der Stahlhülse 200 eingeführt. Gemäß den Vorschriften des Koenen-Tests soll das Thermoelement 43 mm unterhalb der Unterseite 114 der Düsenplatte 110 angeordnet sein. Selbstverständlich können jedoch auch andere Positionen des Thermoelements eingestellt werden, so dies gewünscht ist. Die beschriebene Anordnung aus Stahlhülse 200 und Verschluß 100 ist nun wie in Fig. 3 gezeigt in eine Vorrichtung 300 zur Durchführung des Koenen-Tests eingesetzt. Dazu weist die Vorrichtung 300 eine Haltevorrichtung 330 auf, mit der die Stahlhülse 200 mit dem Verschluß 100 in der Vorrichtung 300 gehalten wird. Die Vorrichtung 300 umfaßt weiterhin zwei Seitenwände 310, eine Rückwand (nicht gezeigt) und einen Boden 312, die einen Schutzkasten um die Stahlhülse 200 herum bilden. Der Schutzkasten 300 ist nach oben und nach vorn offen. Weiterhin weist die Vorrichtung 300 vier Gasbrenner auf, von denen hier aus perspektivischen Gründen lediglich der Brenner 324 unterhalb der Stahlhülse 200 sowie zwei seitliche Brenner 320, 322 dargestellt sind. Der vierte Brenner ist in die Rückwand des Gehäuses eingebaut. Mittels der vier Brenner können die Stahlhülse 200 und die darin befindliche Substanz thermisch belastet werden. Die Vorrichtung 300 weist weiterhin Beine 316 auf, die einen Abstand zwischen dem Boden 312 des Schutzkastens und einer Standfläche der Vorrichtung herstellen. Auf diese Weise kann die Brennervorrichtung 324 unterhalb des Bodens 312 des Schutzkastens angeordnet werden.

Die Vorrichtung 300 umfaßt weiterhin einen Auffangbehälter 350, der das Fluid aus der Führung 150 aufnehmen kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Auffangbehälter über ein Ventil 175 mit der Führung 150 des Verschlusses 100 verbunden. Ein solcher Auffangbehälter 350 ist für die Kalibrierung nicht erforderlich, sofern das freie Volumen in der Führung ausreichend dimensioniert ist. Für spezielle Untersuchungen können aber ein solcher Auffangbehälter und/oder andere periphere Geräte angeschlossen werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Ventil manuell betätigbar und kann beispielsweise als Hahn ausgebildet sein.

Tritt nun bei Durchführung des Koenen-Tests das Dibutylphthalat durch die Düsenöffnung 120 aus, so wird es in der Führung 150 aufgenommen. Somit kann das Überlaufen des Dibutylphthalats, dessen Entzünden sowie die Bildung toxischer Gase vermieden werden. Die Verschmutzung des unteren Brenners 324 und des Schutzkastens 310, 312 wird vermieden, so daß deren Reinigung entfällt. Dadurch können mehrere Kalibrierungen hintereinander durchgeführt werden, ohne daß die Gasflussrate nachgestellt werden muß. Insgesamt wird somit eine Einsparung von Arbeitszeit und finanziellen Mitteln bewirkt. Darüberhinaus werden die Umwelt und die Gesundheit der die Versuche durchführenden Personen geschont. Weiterhin kann die in die Führung ausgetretene Kalibriersubstanz seitlich aus der Vorrichtung abgeleitet werden. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Kalibriersubstanz unkontrolliert in die Umwelt entweicht. Weiterhin kann auf diese Weise die Kalibriersubstanz aufgefangen, gegebenenfalls aufbereitet und anschließend wiederverwendet werden.

Abschließend wird darauf hingewiesen, daß der beschriebene Verschluß sowie die beschriebene Stahlhülse für die Kalibrierung des Koenen-Tests angepaßt sind. Grundsätzlich ließe sich zwar auch der Koenen-Test mit dieser Anordnung durchführen, jedoch besteht dabei immer die Möglichkeit, daß die Stahlhülse zerstört wird. Insofern würde hier typischerweise eine weniger aufwendige und weniger teure Hülsenkonstruktion verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Diese Ausführungsbeispiele sollten keinesfalls als einschränkend für die vorliegende Erfindung verstanden werden.