Die Sauerstoffgrenzkonzentration (SGK) ist der Sauerstoffanteil, unterhalb dessen keine Explosion mehr möglich ist — die zentrale Kenngröße der Inertisierung. Sie sinkt mit steigender Temperatur, und zwar stoff- und inertgasabhängig. Dieser Rechner schätzt die SGK bei einer beliebigen Zieltemperatur ab. Formel, Koeffizienten und Grenzen sind unter dem Rechner dokumentiert.
Sauerstoffgrenzkonzentrations-Rechner
Schätzt die Sauerstoffgrenzkonzentration SGK (in Vol.-%) bei einer beliebigen Zieltemperatur ab. Stoff und Inertgas (N₂/CO₂/H₂O) setzen den Temperaturkoeffizienten ks; die SGK bei Bezugstemperatur ist einzugeben.
SGK(T):
Formel: — Bezug T0 = 20 °C; ks ist stoff- und inertgasspezifisch (negativ). Linear bis ca. 300 °C belegt.
Hinweis: Das Ergebnis dient der ersten Orientierung und ersetzt keine sicherheitstechnische Beurteilung im Einzelfall; es ist kein Gutachten. Für verbindliche Aussagen sind die konkreten Stoff- und Betriebsdaten sowie die einschlägigen Regelwerke heranzuziehen.
Dokumentation & fachlicher Hintergrund
1. Modell & Formel
Die Sauerstoffgrenzkonzentration (SGK) — auch Sauerstoffgrenzwert oder LOC (limiting oxygen concentration) — gibt an, unterhalb welcher Sauerstoffkonzentration ein Gemisch nicht mehr explosionsfähig ist. Sie ist die Grundlage der Inertisierung: Durch Zugabe eines Inertgases wird der Sauerstoffanteil unter die SGK gesenkt.
Die Wirksamkeit des Inertgases nimmt in der Reihenfolge Ar < N₂ < He < H₂O < CO₂ zu: CO₂ und Wasserdampf senken die SGK am stärksten (höhere Wärmekapazität), ein Inertisieren gelingt mit ihnen also mit geringerem Aufwand als mit Stickstoff.
Die SGK sinkt mit steigender Temperatur linear (PTB-Bericht, Gl. 6), bezogen auf T0 = 20 °C:
Der Temperaturkoeffizient ks (Einheit K−1) ist negativ und hängt sowohl vom brennbaren Stoff als auch vom verwendeten Inertgas I (N₂, CO₂ oder H₂O) ab.
2. Parameter — jede Eingabegröße erklärt
- Stoff und Inertgas
- Die Kombination aus brennbarem Stoff und Inertgas (N₂/CO₂/H₂O) setzt den Temperaturkoeffizienten ks aus PTB Tab. 6.
- SGK bei Bezugstemperatur — SGK(T0) (Vol.-%)
- Sauerstoffgrenzkonzentration im bekannten Referenzzustand (Bezug 20 °C). Dieser Wert ist einzugeben — er ist in Tab. 6 nicht enthalten, die Tabelle liefert nur ks.
- Temperaturkoeffizient ks (1/K)
- Stoff- und inertgasspezifisch, negativ. Aus der Auswahl vorbelegt, frei überschreibbar.
- Bezugstemperatur T0 (°C)
- Temperatur, auf die SGK(T0) und ks bezogen sind (20 °C).
- Zieltemperatur T (°C)
- Temperatur, für die die SGK abgeschätzt werden soll.
Dezimaltrennung wahlweise mit Punkt oder Komma.
3. Temperaturkoeffizienten ks (PTB Tab. 6)
Temperaturkoeffizienten der SGK je Stoff und Inertgas nach PTB-Bericht (Hirsch/Brandes 2014, Tab. 6), bezogen auf T0 = 20 °C, Einheit K−1.
| Stoff | N₂ | CO₂ | H₂O |
|---|---|---|---|
| Wasserstoff | -0,0018 | -0,0013 | -0,0013 |
| Kohlenmonoxid | -0,0016 | -0,0012 | -0,0011 |
| Methan | -0,0012 | -0,0005 | -0,0006 |
| Ethan | -0,0012 | -0,0008 | -0,0006 |
| Propan | -0,0012 | -0,0007 | -0,0008 |
| Isobutan | -0,0012 | -0,0007 | -0,0003 |
| Hexan | -0,0012 | 0,0000 | — |
| Cyclohexan | -0,0010 | -0,0010 | — |
| Ethylen | -0,0009 | — | -0,0006 |
| Propylen | -0,0005 | -0,0006 | — |
| Isobuten | -0,0011 | -0,0005 | -0,0007 |
| Benzol | -0,0011 | -0,00065 | — |
| Toluol | -0,0010 | -0,0005 | — |
| o-Xylol | -0,0008 | -0,0006 | — |
| Methanol | -0,0013 | -0,0007 | — |
| Ethanol | -0,0007 | -0,0004 | — |
| Propanol | -0,0011 | — | — |
| Isopropanol | -0,0004 | -0,0004 | — |
| n-Butanol | -0,0002 | — | — |
| tert-Butanol | -0,0004 | — | — |
| Hexanol | -0,0013 | — | — |
| Propylformiat | -0,0009 | — | — |
| Ethylacetat | -0,0011 | — | — |
| Butylacetat | -0,0012 | — | — |
| Butanon-2 | -0,0016 | — | — |
| Cyclohexanon | -0,0008 | — | — |
| Dimethylether | -0,0011 | — | — |
| Dipropylether | -0,0012 | — | — |
| Tetrahydrofuran | -0,0012 | — | — |
| Dioxan | -0,0010 | — | — |
| Acetaldehyd | -0,0010 | — | — |
| Acrylsäure | -0,0012 | — | — |
| Schwefelkohlenstoff | -0,0008 | — | — |
4. Annahmen & Grenzen
- Vollständige Tabelle, lückenhafte Spalten: Übernommen sind alle 33 Stoffzeilen aus Tab. 6. Für N₂ liegt zu jedem Stoff ein Wert vor; die CO₂- und H₂O-Spalten sind im Original lückenhaft — „—" bedeutet Leerzelle in der Quelle, kein Messwert (der Rechner sperrt solche Kombinationen). Für Argon und Helium nennt der Bericht keine Koeffizienten. Bei n-Hexan steht für CO₂ im Original exakt 0.
- Sonderfall Cyclohexan (geklärt 2026-08-02): Die gedruckte Tab.-6-Zeile (ks(N₂) = −0,0004, ks(CO₂) = −0,0010) widerspricht der sonst durchgängigen Systematik |ks(N₂)| > |ks(CO₂)|, der Textaussage des Berichts (absolute Änderung in N₂ typisch −0,8 bis −1,2 Vol.-% pro 100 K) und der eigenen experimentellen Abb. 39 des Berichts (SGK(N₂) bei 1 bar: ≈ 9,25 Vol.-% bei Raumtemperatur → ≈ 8,5 Vol.-% bei 100 °C, also ks ≈ −0,0010 K⁻¹) — wahrscheinlich ein Satzfehler (vertauschte Spalten). Verwendet wird deshalb ks(N₂) = −0,0010 (aus Abb. 39 belegt und konservativ); ks(CO₂) bleibt wie gedruckt −0,0010 (der konservativere der beiden Kandidatenwerte). Fachlich geprüft und freigegeben (DI Patrick Ortbauer, 2026-08-02).
- SGK(T0) ist Nutzereingabe: Der Ausgangswert der SGK bei 20 °C ist nicht Teil von Tab. 6 und je Stoff/ Inertgas separat aus der Literatur zu übernehmen.
- Gültigkeitsbereich: Die lineare Näherung ist etwa bis 300 °C belegt; darüber ist eine Extrapolation nicht abgesichert.
- Sicherheitszuschlag: Bei schmaler Datenbasis empfiehlt sich für die Auslegung ein Abschlag zur sicheren Seite.
5. Rechenbeispiel
Aufgabe: SGK von Methan bei Inertisierung mit Stickstoff (N₂) und einer Prozesstemperatur von 100 °C.
Gegeben:
- SGK(T0) = 12 Vol.-% (bei T0 = 20 °C)
- ks = −0,0012 K−1 (Methan in N₂, Tab. 6)
- Zieltemperatur T = 100 °C
Schritt 1 — Temperaturdifferenz:
Schritt 2 — Korrekturfaktor:
Schritt 3 — SGK bei Zieltemperatur:
Die SGK sinkt also von 12 Vol.-% auf rund 10,85 Vol.-% — bei höherer Temperatur muss der Sauerstoffgehalt zur Inertisierung stärker abgesenkt werden. Die bei 20 °C bestimmte Grenze liegt hier nicht auf der sicheren Seite.
6. Quellen & Stand
Formel (Gl. 6) und Temperaturkoeffizienten ks (Tab. 6): W. Hirsch, E. Brandes, Sicherheitstechnische Kenngrößen bei nichtatmosphärischen Bedingungen — Gase und Dämpfe, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig 2014. Bezugstemperatur der Koeffizienten T0 = 20 °C. Tabelle vollständig übernommen (33 Stoffe; Leerzellen des Originals bleiben leer) aus dem BG-RCI-PDF (SHA-256 795b4ce1…), Spaltenzuordnung am gerenderten Tabellenbild gegengeprüft, abgerufen 2026-08-02, fachlich freigegeben (DI Patrick Ortbauer, 2026-08-02; Cyclohexan-Sonderfall siehe Abschnitt „Annahmen & Grenzen").
Stand: 2026-08.