Eine Einführung in die Funkenfänger SPARK ARRESTERS AND THE PREVENTION OF WILDLAND FIRES

Geschichte
Funkenfänger werden in den Vereinigten Staaten seit den frühen 1800er Jahren verwendet, als Abschirmungen an den Schornsteinen von Jupiter-Lokomotiven angebracht wurden, die für das Auslösen von Bränden berüchtigt waren. Die erste Gesetzgebung, die Funkenfänger vorschrieb, wurde 1905 verabschiedet und galt für Motoren und Kessel, die in, durch oder in der Nähe von Wäldern, Gestrüpp oder Gras betrieben wurden.

Die Bemühungen des United States Department of Agriculture (USDA) Forest Service zur Bekämpfung von Bränden durch Maschinen begannen in den 1920er Jahren mit externen Verbrennungsmotoren (Dampfeseln), die bei der Holzgewinnung eingesetzt wurden.

In den frühen 1950er Jahren interessierte sich das USDA Forest Service für die Verringerung der Zahl der Brände, die durch verbrennungsmotorische Holzerntemaschinen verursacht wurden. Grundlage für diese Bemühungen war der 1934 von der University of California in Berkeley veröffentlichte Bericht von J.P. Fairbanks und Roy Bainer mit dem Titel „Spark Arresters for Motorized Equipment“. Die Untersuchung zeigte, dass Abgaspartikel mit einem Durchmesser von 0,023 Zoll oder größer für die meisten Brandausbrüche verantwortlich waren.
Ein Funkenfänger ist eine mechanische Vorrichtung, die heiße Abgaspartikel, die von einem Verbrennungsmotor ausgestoßen werden, auffängt oder zerstört. Da Funkenfänger viele Brände verhinderten, wurden in der Folge Gesetze erlassen, die Funkenfänger für bestimmte Motorentypen vorschreiben. Das Ergebnis der Bemühungen des USDA Forest Service aus dem Jahr 1950 führte zur Einrichtung eines Prüf- und Qualifizierungsprogramms für Funkenfänger im San Dimas Technology and Development Center (SDTDC) in San Dimas, Kalifornien.

Im April 1968 veröffentlichte die Society of Automotive Engineers (SAE) in Zusammenarbeit mit dem USDA Forest Service und Herstellern von Kleinmotoren die SAE-Norm J335. Damit wurde eine Norm für Kleinmotoren (Kettensägen, Rasentrimmer usw.) festgelegt, die nicht nur das Austreten von Kohlenstoffpartikeln über 0,023 Zoll verbietet, sondern auch die zulässigen Temperaturen der Abgase und die Oberflächentemperatur der Abgasanlage regelt. Die USDA Forest Service Specification 5100-1 legt die Leistungsspezifikationen für Funkenfänger-Abgassysteme fest, die bei Allzweckmotoren (Generatoren, Motorrädern, landwirtschaftlichen Geräten usw.) verwendet werden.

Zurzeit verlangen zahlreiche Bundesstaaten, Gemeinden, staatlich verwaltete Gebiete und alle USDA Forest Service-Regionen, dass alle Verbrennungsmotoren mit innerer oder äußerer Verbrennung mit einem Funkenfänger ausgestattet sein müssen, der die Anforderungen der SAE-Norm J335 oder der USDA Forest Service Specification 5100-1 erfüllt. Der Code of Federal Regulations, 36 CFR 261.52, und Anordnungen von USDA Forest Service Linienbeamten erklären die Anforderungen.

Kohlenstoff und der Verbrennungsmotor
Alle Verbrennungsmotoren erzeugen Abgaspartikel, die überwiegend aus Kohlenstoff und Verunreinigungen bestehen. Diese Partikel stammen von Ablagerungen, die sich an den Innenflächen eines Motors oder einer Auspuffanlage bilden. Abgase und Kohlenstoffpartikel können bei Temperaturen von über 3.000 °F aus dem Motorblock ausgestoßen werden. Die Oberflächen der Auspuffanlage können Temperaturen von bis zu 1.000 °F erreichen. Brennstoffe in der freien Natur können sich jedoch bei Temperaturen von nur 400 bis 500 °F entzünden. Anhand dieser Zahlen wird deutlich, dass Brände durch Wildkraftstoffe ausgelöst werden können, die mit heißen Abgasen oder den heißen Oberflächen der Auspuffanlage in Berührung kommen.

Der Zustand eines Motors bzw. seine Abstimmung kann sich aufgrund der Abgastemperatur sowie der Größe und Menge der erzeugten Kohlenstoffpartikel auf seine Fähigkeit auswirken, ein Feuer auszulösen. Die Art und Qualität von Benzin und Öl sowie das Mischungsverhältnis können die Größe und Zusammensetzung der Abgaspartikel beeinflussen. Die Konstruktion und der Standort des Abgassystems selbst können einen großen Einfluss darauf haben, ob ein Gerät einen Flächenbrand auslösen kann. Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Dichte tragen alle dazu bei, wie gut die Brennstoffe in der freien Natur brennen.

Funkenfänger Kategorien
Funkenfänger können in zwei große Kategorien unterteilt werden: Mehrplatz-Funkenfänger für kleine Motoren (MSE) und Allzweck-Funkenfänger (GP). Multipositions-Funkenfänger für kleine Motoren sind für Motoren von handgeführten Geräten wie Kettensägen, Fadentrimmern, Gebläsen und Freischneidern konzipiert. Die meisten MSE-Funkenfänger verwenden ein Sieb, um die Abgaspartikel aufzufangen.

Die GP-Funkenfänger sind für den Einsatz an Motoren in einer einzigen Position vorgesehen, z. B. an Traktoren, Motorrädern oder Eisenbahnlokomotiven. Es gibt eine Vielzahl von Funkenfängern für Allzweckmotoren. Die gebräuchlichsten Typen sind Trap, Sieb und Scheibe.

Wie Funkenfänger funktionieren
Funkenfänger funktionieren nach dem Prinzip des Einfangens oder Pulverisierens von Kohlenstoffpartikeln, die einen Durchmesser von mehr als 0,023 Zoll haben. Obwohl sie nicht immer zu 100 Prozent wirksam sind, kann ein ordnungsgemäß installierter und gewarteter Funkenfänger die Brandgefahr erheblich verringern. Der gebräuchlichste Typ von Funkenfänger fängt Kohlenstoffpartikel im Abgassystem ab. Er filtert die größeren Kohlenstoffpartikel aus dem Auspuff heraus. Durch die Zentrifugalkraft werden die schwereren Kohlenstoffpartikel gegen die Innenwände des Ableiters geschleudert und in einen Abscheider geleitet. Die gängigsten Abschirmtypen verwenden ein Sieb oder eine Scheibe. Bei einer scheibenförmigen Konstruktion können zusätzliche Scheiben hinzugefügt werden, um den Gegendruck zu verringern und den Abgasstrom zu erhöhen.

Turbolader, Kompressoren und Schalldämpfer
Turbolader nutzen Abgase, um eine Turbine anzutreiben, die wiederum einen Kompressor antreibt. Turbolader erfüllen die Funktion des Funkenschutzes, wenn 100 Prozent der Abgase die Turbine durchströmen. Turbolader mit Waste Gates lassen einen Teil des Abgasstroms am Turbinenrad vorbeifließen und gelten daher nicht als Funkenfänger. Ein ordnungsgemäß gewarteter Motor mit Turbolader benötigt keinen Funkenfänger.

Kompressoren nutzen nicht das Abgas, sondern sind direkt mit dem Motor verbunden. Motoren mit Kompressor benötigen einen Funkenfänger.

Schalldämpfer dienen der Geräuschdämpfung des Motors und gelten nicht als wirksame Funkenfänger. Auch Katalysatoren gelten nicht als wirksame Funkenfänger. Sie können durch den Kontakt mit trockener Vegetation so hohe Temperaturen erreichen, dass sie Brände auslösen. Es gibt mehrere MSE-Funkenfänger, die mit einem Katalysatorelement ausgestattet sind, um schädliche Emissionen zu reduzieren. Diese Funkenfänger wurden gemäß SAE J335 getestet und sind qualifiziert.

Installation und Wartung, wer ist verantwortlich?
Eine gute Wartung der Funkenfänger ist von entscheidender Bedeutung, da eine schlechte Wartung in der Regel zu einer mangelhaften Leistung der Geräte und einem erhöhten Brandrisiko führt. Die Gesetze und Vorschriften schreiben nicht vor, dass Funkenfänger bereits installiert verkauft werden müssen. Solange der Ableiter als Teil des Verkaufs geliefert wird, ist die Anforderung erfüllt. Der Eigentümer oder Betreiber ist für den rechtmäßigen Betrieb von Geräten verantwortlich, für die Funkenschutzvorrichtungen erforderlich sind. Andernfalls kann er straf- und/oder zivilrechtlich haftbar gemacht werden.

Funkenfänger oder Schalldämpfer, wie kann man den Unterschied erkennen?
Funkenfänger müssen eine Möglichkeit zur Entfernung des eingeschlossenen Kohlenstoffs enthalten. Die meisten GP-Funkenfänger haben einen Reinigungsstopfen, und MSE-Funkenfänger haben eine Vorrichtung zum Reinigen des Siebs. Funkenschutzgeräte müssen außerdem mit einem Markennamen und einer Modellbezeichnung versehen sein. Sobald ein Gerät als Funkenfänger identifiziert ist, wird festgestellt, ob es qualifiziert ist. Aufschriften wie „USDA Forest Service Approved!“ machen den Funkenschutz nicht qualifiziert. Der USDA Forest Service verlangt vom Hersteller lediglich, dass er die Funkenschutzgeräte nach Marke und Modell kennzeichnet. MSE-Funkenfänger sind zusammen mit dem Aggregat qualifiziert. Aufgrund der geringen Größe des Funkenschutzes ist es schwierig, die Geräte mit der vollständigen Nummer des Abgassystems und dem Markennamen zu kennzeichnen. Die Hersteller sind nur verpflichtet, die Etiketten auf dem Aggregat selbst anzubringen.

Funkenfänger-Leitfaden
Der Funkenfänger-Leitfaden ist die einzige maßgebliche Industriequelle für Informationen über qualifizierte Funkenfänger zur Verwendung an Verbrennungsmotoren. Verwenden Sie den Leitfaden, um qualifizierte Funkenfänger zu identifizieren. Wenn die Nummer des Funkenfängers im Leitfaden erscheint, hat SDTDC den Funkenfänger bewertet.

Der Leitfaden besteht aus zwei Bänden: General Purpose and Locomotive, Band 1, und Multiposition Small Engine, Band 2. Eine Überarbeitung des Leitfadens wird jedes Jahr veröffentlicht. Daher wird jeder Band alle 2 Jahre veröffentlicht. Ein Online-Leitfaden, der vierteljährlich aktualisiert wird, ist im Intranet des USDA Forest Service unter http://www.fsweb.sdtdc.wo.fs.fed.us verfügbar. Es handelt sich dabei um eine durchsuchbare Datenbank, die dem Benutzer eine leistungsfähige Suche ermöglicht.

Zusätzliche Informationen
Dieser Tech Tip bietet eine umfassende Einführung in Funkenschutzvorrichtungen. Es gibt vier weitere Tech Tips in dieser Serie. Wenn Sie weitere Informationen über Funkenfänger wünschen oder Kopien der anderen technischen Tipps erhalten möchten, wenden Sie sich an:

USDA Forest Service
San Dimas Technology and Development Center
444 East Bonita Ave.
San Dimas, CA 91773

Attn: Spark Arrester Program Leader oder http://www.fsweb.sdtdc.wo.fs.fed.us