EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

KM-7: Struktur – Reaktion – Substanz – Energie Explosionsgrenzen – der Gasbrenner 175 175 Auch eine Kerze brennt nur am Docht, da Paraffin einen hohen Flammpunkt besitzt. Nur das am heißen Docht hochgesaugte Paraffin ist über den Flamm- punkt erhitzt und brennt. Nach demselben Prinzip funktioniert eine Öllampe. Eine weitere Möglichkeit, Dieselöl zu entzünden, ist seine feine Vernebelung, wie sie in einem Ölbrenner erfolgt. Die kleinen Tröpfchen können direkt durch eine Funkenstrecke gezündet werden. Auch im Dieselmotor wird der Treibstoff so verbrannt. Die Einspritzpumpe erzeugt einen Druck von ca. 1500 bar im Die- selöl. Beim Einspritzen erfolgt eine feine Vernebelung und damit Vermischung mit der komprimierten Luft im Zylinderraum. Eine Zündung mit einer Zündkerze ist nicht nötig, da die Luft bei der Kompression eine Temperatur von mehreren 100 °C erreicht, was über der Zündtemperatur des Kraftstoffes liegt. Nur für den Kaltstart wird der Brennraum um die Einspritzdüse mit elektrisch beheizten Glühstiften erhitzt („vorglühen“). Explosionsgrenzen Bei Gemischen brennbarer Gase (oder verdampfter brennbarer Flüssigkeiten) mit Luft begrenzen die Explosionsgrenzen (= Zündgrenzen) die Entzündbar- keit. Unterhalb der unteren Explosionsgrenze ist die Gaskonzentration für die Entzündbarkeit zu gering, oberhalb der oberen die Konzentration an Luft- sauerstoff. Je weiter die Explosionsgrenzen auseinander liegen (Wasserstoff, Acetylen), desto wahrscheinlicher ist die zufällige Bildung eines explosiven Gemisches (Abb. 174–2). Die Explosionsgrenzen spielen im Benzinmotor eine wichtige Rolle für den störungsfreien Betrieb. Ist zu wenig Kraftstoff im Kraftstoff/Luft-Gemisch, so wird die untere Zündgrenze unterschritten, man spricht von zu magerem Ge- misch. Es erfolgt keine Zündung durch die Zündkerze. Das kann beim Kaltstart passieren, wenn im Vergaser oder der Einspritzanlage das Benzin zu wenig ver- dampft. Daher werden heute die Systeme beim Kaltstart automatisch „fetter“ eingestellt, bei warmem Motor schaltet sich diese Maßnahme von selbst ab. Ist zu viel Benzin im Kraftstoff/Luft-Gemisch, so erfolgt ebenfalls keine Zündung, da die obere Zündgrenze überschritten ist. In dem Fall spricht man davon, dass der Motor „abgesoffen“ ist. Dies kann nach mehreren vergeblichen Startversu- chen eintreten, bei denen jedes Mal Benzin in den Zylinderraum gelangt und dort unverbrannt kondensiert. Der Gasbrenner Der Gasbrenner ist ein wichtiges Arbeitsgerät in der Schule. Die Gasversorgung der meisten Schulen und damit der Chemielabors erfolgt mit Erdgas, dessen Hauptbestandteil Methan ist. Im Gasbrenner strömt durch eine Düse das Gas im Kamin nach oben und verbrennt über dem Kamin. Unten ist der Kamin vom Luftrad abgeschlossen. Bei geschlossenem Luftrad erfolgt die Verbrennung langsamer. Die Flamme ist hoch, flackert und leuchtet gelb (Abb. 175–2). Die Färbung stammt von glühen- den Rußteilchen, da in der Flamme Luftmangel herrscht. Sie hat eine Temperatur von etwa 1000 °C. Öffnet man des Luftrad, so wird vom Gasstrom Luft angesaugt. Diese vermischt sich mit dem Gas. Durch die bessere Luftversorgung erfolgt nun die Verbren- nung rascher, die Flamme wird kürzer und ist blau. Sie besteht aus zwei deutlich unterscheidbaren Zonen. Der innere Kegel ist intensiver blau. Dort herrschen reduzierende Bedingungen, die Flamme ist relativ kühl (300 °C). Im äußeren, fast farblosen Kegel ist die Flamme sehr heiß (bis 1600 °C). Dort herrschen oxi- dierende Bedingungen. Beim Erhitzen hält man den betreffenden Gegenstand daher immer in den äußeren, heißen Kegel. Der Querschnitt der Brennerdüse und der Kamin müssen auf die Art des ver- wendeten Gases abgestimmt sein. Strömt das Gas zu langsam aus, so kann bei geöffnetem Luftrad ein Gemisch entstehen, in dem sich die Verbrennung rascher ausbreitet, als das Gemisch strömt. Es kommt zum Rückschlagen der Flamme, sie brennt nun innerhalb des Kamins. Dies führt zur Zerstörung des Brenners. Ist die Ausströmungsgeschwindigkeit zu groß, so hebt die Flamme vom Brenner ab und geht aus. Abb. 175–1: Explosionsgrenzen Anteil Brennstoff im Gemisch in Vol% 0 100 Untere Explosionsgrenze Obere Explosionsgrenze Gemisch zu fett Gemisch zu mager Abb. 175–2: Brenner mit leuchtender Flamme bei geschlossenem Luftrad Gas- zufuhr Gasregelung Gas/Luft- Mischung leuchtende Flamme ca. 1000 °C Luftregelung Kamin Abb. 175–3: Brenner mit rauschender Flamme bei geöffnetem Luftrad Gas- zufuhr Gasregelung Gas/Luft- Mischung Innerer Kegel ca. 300 °C reduzierend Luftregelung Kamin Äußerer Kegel ca. 1600 °C oxidierend Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv