Stoßwellengenerator (links); Visulisierung des Druckstoßes (oben rechts); Ergebnisse der Druckmessungen (unten rechts)
Quelle: BAM
Der bei Explosionen entstehende Druckstoß kann verheerende Schäden an Strukturen und Verletzungen an Menschen verursachen. Nicht nur in industriellen Prozessen mit brennbaren Gasen oder Druckbehältern, sondern auch bei der Lagerung von gefährlichen Stoffen und bei terroristischen Anschlägen, können Explosionen und somit Druckstöße entstehen. Um ihre Wirkung zu untersuchen, sind reproduzierbare Versuche unerlässlich. Gängige Versuchsaufbauten wie das Stoßwellenrohr oder die Verwendung von Sprengstoffen stoßen dabei an ihre Grenzen, die der nachfolgend dargestellte Versuchsaufbau überwindet.
Auf dem Testgelände Technische Sicherheit (TTS) der BAM wurde ein Freifeld-Versuchsstand entwickelt, der in kurzer Rüstzeit reproduzierbare, skalierbare Druckstöße erzeugt. Dazu wird in einem zylindrischen Autoklav des sogenannten Stoßwellengenerators (SWG) ein Acetylen-Sauerstoff-Gemisch eingefüllt und zur Detonation gebracht. Die entstehende Druckstoß breitet sich anschließend im Freifeld aus und wird mit piezoelektrischen Drucksensoren im Freifeld vermessen. Ebenfalls kommen Hochgeschwindigkeitskameras zur Visualisierung und Analyse des Explosionsereignisses bei den Versuchen zum Einsatz.
Durch ein optimiertes Zünddesign und präzisere Gasdosierung konnte die Reproduzierbarkeit deutlich verbessert werden. Mit dieser Konfiguration wurden Druckwellen mit einer durchschnittlichen Stärke von 88 kPa erzeugt in 1m Entfernung, bei einer sehr geringen Standardabweichung von nur 2,6 kPa.
Der SWG ermöglicht skalierbare, qualitativ hochwertige Explosionsversuche und eröffnet neue Perspektiven für Sicherheitsanalysen mit geringerem Aufwand und höherer Datenqualität. Damit leistet er einen wichtigen Beitrag zur „Sicherheit in Technik und Chemie“ und kann dank seiner hohen Reproduzierbarkeit künftig auch zur Validierung numerischer Modelle und KI-Systeme eingesetzt werden.
Test set-up for reproducible shock wave generation
M. Gerbeit, H. Seeber, D. Grasse, M. Donner, S. Grobert, D. Krentel
Journal of Loss Prevention in the Process Industries, Volume 98, 2025