5.12.1 Allgemeine Hinweise
(1) Bei Anwendung von Ultraschall werden große Anteile der vom Schallwandler abgegebenen Energie von festen oder flüssigen Stoffen absorbiert. Im beschallten Stoff tritt dabei infolge innerer Reibung eine Erwärmung auf, die in Extremfällen bis über die Zündtemperatur führen kann. In hybrider explosionsfähiger Atmosphäre, in der sowohl die gasförmige Komponente als auch der Staub allein nicht zündfähig ist, können durch Ultraschall aufgeheizte Staubpartikel zur Zündung des Gases in dieser Atmosphäre führen.
(2) Ultraschall mit einer Frequenz bis 10 MHz kann unabhängig von der Art der explosionsfähigen Atmosphäre nur indirekt mit Hilfe eines schallabsorbierenden Körpers zündwirksam werden. Die direkt durch die explosionsfähige Atmosphäre absorbierte Ultraschallleistung ist bei solchen Frequenzen nicht zündwirksam.
(3) Leicht entflammbare schallabsorbierende Materialien, z. B. Watte in Luft, sind unabhängig von der Art der explosionsfähigen Atmosphäre in starken Ultraschallfeldern grundsätzlich zu vermeiden, da sie in Brand geraten können und auf diese Weise zündwirksam werden können.
(4) In allen Zonen sind Ultraschallwellen mit einer Frequenz über 10 MHz unzulässig, es sei denn, es wird nachgewiesen, dass im gegebenen Fall keine Entzündungsgefahr besteht, weil keine Absorption durch Molekularresonanz auftritt.
5.12.2 Zündwirksamkeit von Ultraschall gegenüber Partikeln und Staub-Luft Gemischen
(1) Ultraschall kann gegenüber explosionsfähigen Atmosphären von Stäuben nicht zündwirksam werden, wenn der Schalldruckpegel im ganzen Schallfeld 170 dB (re 20 μPa) nicht überschreitet, da dann keine kritischen Temperaturen am Absorber erreicht werden können. In diesem Grenzwert ist ein Sicherheitsabstand von 6 dB enthalten, der einer Halbierung des Schalldruckpegels entspricht. Dabei ist eine Messunsicherheit von 2 dB (einfache Messunsicherheit k=1) berücksichtigt und ein Absorptionsgrad des Zielkörpers von 100 % bei 5 kHz.
(2) Kann der Grenzwert nicht eingehalten werden, ist zu verhindern, dass ortsfeste, schallabsorbierende Körper, wie insbesondere faserige Stoffe oder offenporige Schaumstoffe, Beschallungszeiten größer als 1 s ausgesetzt werden.
(3) Der Grenzwert von 170 dB (re 20 μPa) kann auch für explosionsfähige Atmosphären von Gasen und Dämpfen angewendet werden, da auch für diese keine zündwirksamen Temperaturen am Absorber erreicht werden können.
5.12.3 Zündwirksamkeit von Ultraschall an der Flüssigkeitsoberfläche
(1) Ultraschall kann gegenüber explosionsfähigen Atmosphären oberhalb einer Flüssigkeitsoberfläche nicht zündwirksam werden, wenn die Schallintensität an der Flüssigkeitsoberfläche 400 mW/mm² nicht überschreitet, da dann an Schallabsorbern, die die Flüssigkeitsoberfläche durchdringen, keine kritischen Temperaturen erreicht werden können. Der Grenzwert ist repräsentativ für alle Gase und Dämpfe, einschließlich Schwefelkohlenstoff.
(2) Das Einhalten des Intensitätsgrenzwertes kann durch das nachfolgend beschriebene Verfahren nachgewiesen werden.
| 1. |
Für einzelne Ultraschallquellen,
| a) |
deren Durchmesser größer oder gleich der Schallwellenlänge in der Flüssigkeit ist, darf die akustische Ausgangsleistung dieser Quelle bezogen auf das Quadrat der Schallwellenlänge in der Flüssigkeit den Grenzwert nicht überschreiten (Abbildung 1 Fall 1). Es ist hinreichend, wenn die Bedingung für die elektrische Eingangsleistung der Quelle erfüllt ist. |
| b) |
deren Durchmesser kleiner als die Schallwellenlänge in der Flüssigkeit ist, darf die akustische Ausgangsleistung dieser Quelle bezogen auf deren abstrahlende Fläche den Grenzwert nicht überschreiten (Abbildung 1 Fall 2). |
|
| 2. |
Für Anordnungen aus mehreren Ultraschallquellen,
| a) |
bei denen es zu einer additiven Überlagerung der Schallfeldmaxima im Fernfeld der Ultraschallquellen kommen kann, darf auch die Summe der nach a. berechneten Intensitäten der sich überlagernden Quellen den Grenzwert nicht überschreiten (Abbildung 2 Fall 3). |
| b) |
bei denen sich die Schallfeldmaxima der einzelnen Quellen im Fernfeld nicht mehr additiv überlagern können (Abbildung 2 Fall 4), ist die Bewertung für die einzelnen Quellen nach a. hinreichend. |
Abbildung 1: Fallunterscheidung bezüglich der Schallquellenabmessung gegenüber der Wellenlänge Abbildung 2: Fall 3: Additive Überlagerung von Quellen und Fall 4: Fehlende Überlagerung im Fernfeld |
| 3. |
Überschreiten die nach Nummer 1 oder 2 berechneten Intensitäten den genannten Grenzwert, kann das Einhalten des Grenzwertes alternativ durch Bestimmung des Schalldruckmaximums mittels Hydrophonmessung direkt unter der Flüssigkeitsoberfläche nachgewiesen werden. |
(3) Die aus dem Schalldruck berechnete Intensität
darf den Grenzwert nicht überschreiten, dabei bezeichnet ρ die Dichte und c die Schallgeschwindigkeit des Mediums (vgl. IEC 62127-1:2007).
(4) Im Falle räumlich stark begrenzter Schallbündel (fokussierter Ultraschall), die im Frequenzbereich oberhalb von 500 kHz vorliegen können, darf der Grenzwert auf die räumlich über den Schallbündelquerschnitt (-12 dB-Bündelfläche) gemittelte Intensität Isata (spatial-average time-average intensity, vgl. IEC 62127-1:2007) bezogen werden. Alternativ zur Bestim...