Inhaltsverzeichnis. Geleitwort Stefan Penno. Vorbemerkung

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1 Inhaltsverzeichnis Geleitwort Stefan Penno Vorbemerkung 1 Basiswissen zu Brand und Explosion - Gefahreneinschätzung 1 Günter Lüttgens, Sylvia Lüttgens 1.1 Grundlegendes zu Brand- und Explosionsvorgängen T Explosionsgrenzen Explosionsgrenze bei Gasen Flammpunkt Kennzeichnung entzündbarer Flüssigkeiten Neue Systematiken: Mindestzündenergie Explosionsgrenze bei Stäuben Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen Zündgefahr durch Büschelentladungen Hybrid-Gemische P Bemerkung zur Gefahrenbeurteilung Einteilung explosionsgefährdeter Bereiche in Gefahrenzonen T Schutzmaßnahmen in Bezug auf statische Elektrizität P Vermeiden von Explosionsgefahren Konzentrationsbegrenzung Inertisierung Konstruktiver Explosionsschutz 16 Literatur 17 2 Entstehung elektrostatischer Aufladung 18 Günter Lüttgens 2.1 Doppelschichtladung T Wovon hängt die Höhe der Aufladung ab? Aufladung strömender Flüssigkeiten Versuch einer Systematik Aufladung strömender Gase Aufladung disperser Systeme Herabsetzen der Aufladungsneigung Verringerung des elektrischen Widerstandes Oberflächenwiderstand und Aufladungshöhe bei Feststoffen T Leitfähigkeit und Aufladung bei Flüssigkeiten Einfluss der Oberflächenstruktur 30

2 2.8 Elektrisches Feld Feldlinien Äquipotenziallinien und -flächen Feldstärke Gefahren durch elektrostatische Felder? Grenzwerte Natürliche elektrische Felder Influenz (auch»elektrostatische Induktion«genannt) T Aufladung einer Person durch Influenz Bildladung Influenzmaschine Kelvingenerator 39 Literatur 41 3 Messtechnik 42 Hermann Künzig, Gerhard Schüler 3.1 Gegenüberstellung: Elektrostatik Elektrotechnik Bestimmung von elektrostatischen Eigenschaften T Widerstand Messspannungen Oberflächenwiderstand Spezifischer Oberflächenwiderstand ρ s Volumenwiderstand Spezifischer Volumenwiderstand ρ v Widerstand von Flüssigkeiten Ableitwiderstand (Erdung) Auf- und Entladungen Messungen im elektrischen Feld Feldstärkemessgeräte (Elektrofeldmeter) Feldstärkemessung Spannungsmessungen Elektrostatische Voltmeter Elektronisches Elektrometer Spannungsmesskopf am Influenz-Elektrofeldmeter Messmöglichkeiten mit dem Influenzelektrofeldmeter und Spannungsmesskopf Durchschlagfeldstärke / Durchschlagspannung Messung der transferierten Ladung Prüfung von Schutzkleidung Prüfverfahren zur Bestimmung der Ableitfähigkeit (Charged Plate Monitor) Papier-Prüfverfahren (Fa. Eltex) Aufladung pulverförmiger Schüttgüter Aufladung bei Flüssigkeiten Aufladungen in der chemischen Produktion Begehtest Kapazität Messung der Kapazität (Aufladeverfahren) Messung der Permittivitätszahl 73

3 3.3 Einflussgrößen Temperatur Feuchtigkeit Luftfeuchtigkeit Absorptionsmethode Taupunkthygrometer Haarhygrometer Messverfahren mit Lithiumchlorid Kapazitives Messverfahren Optisches Messverfahren Widerstandshygrometer Psychrometer Feuchtigkeit im Material Elektrische Störgrößen Elektrostatische Störgrößen Elektromagnetische Störgrößen Elektrische Kopplungen zu Fremdgeräten Nachweis von Gasentladungen Abstrahlung von Hochfrequenzschwingungen Gerätetechnik zum Nachweis von Gasentladungen Hinweise zum Selbstbau Einsatz des AM-Empfängers im explosionsgefährdeten Bereich 83 4 Gasentladungen 84 Günter Lüttgens 4.1 Gasentladungen in der Elektrostatik T Entladungsmechanismus Gasentladungsarten Funkenentladung Gasentladungen an gekrümmten Elektroden Coronaentladung Büschelentladung Schüttkegelentladung Gleitbüschelentladung Gleitbüschelentladung am abgeschirmten System Gleitbüschelentladung am freitragenden System Gleitbüschelentladung am isolierenden Packmittel Gleitbüschelentladung beim Wickeln aufgeladener Folien Gewitterblitzentladung Wolkendipol Auswirkungen von Gasentladungen Wie lassen sich Gasentladungen vermeiden? Funkenentladungen Corona- und Büschelentladungen Schüttkegelentladungen Gleitbüschelentladungen Beurteilung der von Gasentladungen ausgehenden Zündgefahren P Aus Gasentladungen resultierende Schäden Schäden durch Ozon Anschmutzung Schmelzspuren auf Polymeren 104

4 4.6.4 Schmelzspuren auf Metallen Perforationen an Polymeren Poren an lierten Behältern Vorbelichtung fotografischen Materials Auswirkungen der Elektrizität auf den menschlichen Organismus Gefährdung durch Netzwechselstrom Gefährdung durch statische Elektrizität 107 Literatur EMV und ESD 109 Klaus Linberg 5.1 Durch Personen verursachte Elektrostatik Entstehung der Aufladung von Personen Maßnahmen gegen die Aufladung von Personen Schaffung von Resistenz gegen die Restladung in der Umgebung Verifizierung der ESD-Festigkeit von elektronischen Bauteilen Das Human Body Model an elektronischen Bauteilen HBM im MilStd 883D Method HBM im S5.1 der ESD-Association (ESDA) Kurvenbewertung an 500 Ω Das Machine Model (MM) Bedeutung von HBM und MM für die Zuverlässigkeitstests Aufbau von Prüfplänen in Abhängigkeit vom Ziel der Untersuchung Prüfung nach den Klassen der ESD-Standards (Klassifizierung 1) Charakterisierung des Bausteintyps Kalkuliertes Risiko (Klassifizierung 2) ESD-Prüfungen an Geräten Gewitter und Nukleare Explosionen Prüfungen gegen EMP Ereignisse auf Kabeln Prüfungen gegen induzierte EMP Ereignisse Schutzelemente gegen EMP Ereignisse Schutzgasableiter Halbleiterschutzelemente Hybridableiter Sonstige Ableiter Elektrostatischen Entladungen verwandte technische Vorgänge Schaltfunken durch das Öffnen und Schließen von Kontakten Prüfung von elektronischen Geräten gegen Schaltfunken Burst/EFT Prüfung von elektronischen Geräten gegen Hochfrequenzstörungen Klassische EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) EMV-Prüfung von elektronischen Geräten gegen gestrahlte Hochfrequenzstörungen Leistungsangaben von Breitbandleistungsverstärkern Abschätzung der minimalen Ausgangsleistung Bewertung der Angaben zur Ausgangsleistung Ausgangsleistung bei unterschiedlichen Lasten EMV-Prüfung von elektronischen Geräten gegen eingeströmte Hochfrequenzstörungen Einkopplung von geströmten Hochfrequenzprüfungen Prüfung von elektronischen Bauelementen gegen die unerwünschte Entladung der Selbstaufladung 138

5 5.4 Transmission Line Pulsing als Methode zur Analyse des dynamischen Verhaltens von elektronischen Bauteilen EMV und ESD als Begleiter Zeitgerechte Berücksichtigung der EMV Monitoring von ESD-Umgebung und dort gehandelten Bauteilen Auswirkungen von Elektrostatik auf Elektronik ein weites Feld 145 Literatur Beschreibung von Demonstrationsexperimenten 147 Sylvia Lüttgens 6.1 Elektrostatische Kraftwirkungen Rollende Röhren Schwebende Röhren Elektroskop Trennaufladung Aufladung von Partikeln Aufladung einzelner Partikel Aufladung vieler Partikel (Granulat) Influenz Grundlegender Versuch Glockenspiel Kunststoffbehälter mit Abschirmung Ableitfähigkeit Experimente mit dem Knallrohr Personenaufladung Zündspannung Trennaufladung Gasentladungen Funkenentladung Coronaentladung Büschelentladung Modellversuch: Zündung durch Büschelentladung Nachweis des Ionenwindes Superbüschelentladung Gleitbüschelentladung Staubzündung Kurzschluss einer Biladung Brand- und Explosionsgefahren Flammpunkt Effekte bei großen Oberflächen Fettes Gemisch Fortschreitende Flammenfront »Umgießen«von Benzindämpfen Sauerstoffbedarf Löschen mit Wasser Brennendes Fazelet verbrennt nicht Entflammen fester Brennstoffe Vergasen von Holz Entflammen eines Staubhaufens Umgang mit dem Handcoulombmeter T Messung von Büschelentladungen Messung von Funkenentladungen 177

6 7 Fallstudien 179 Günter Lüttgens 7.1 Untersuchungsstrategie Zündquellenarten Vorgehensweise Voreilige Konsequenz Zündungen infolge von Büschelentladungen Eintragen von schuppenförmigem Schüttgut in einen Rührwerkkessel (RWK) PE-Innensack rutscht aus Papiersack Antistatischer PE-Sack verursacht Zündung Leerschütteln eines PE-Sackes P Abpumpen von verunreinigtem Toluol P Imprägnierung von Glasfasern Stichflamme beim Beschicken eines Rührwerkkessels P Zündungen infolge von Gleitbüschelentladungen Explosion in Bahn-Behälterwagen Metallfass mit Innensack Kunststofffass mit Innensack Kunststoffleitung in einem pneumatischen Fördersystem Zündungen infolge von Funkenentladungen Einschütten von Pulver in einen Rührwerkbehälter P1, P4, P Staubzündung in einem Trockner Zündung an einer Tauchbeschichtung Entleerung eines Taumeltrockners PVC-Schlauch von Wasser durchströmt Explosion beim Entleeren eines Metallfasses P Schlauchfilter mit Stützkorb Zündung beim Betanken eines Automobils P1, P Glasvorlage mit Toluol/Wasser-Gemisch Filtermaterial mit flammfester Ausrüstung Fundsachen Isolierende»Leiterschuhe«leiten Personenaufladung nicht ab Zündung infolge von Schüttkegelentladungen Zweifel an elektrostatischer Zündung Brand in Lösemittel-Reinigungsanlage Brand im Polyethylenfass Brand im Rührwerkbehälter Handeln aus Erfahrung Kurz die unumgänglich notwendigen Basisinformationen zur Entstehung elektrostatischer Aufladung: Ladungsableitung durch Erdung Messung des Erdableitwiderstandes Sim Bestimmung der Zündfähigkeit von Büschelentladungen 221 Literatur 223

7 8 Nutzanwendung der Elektrostatik 224 Hermann Künzig 8.1 Nutzanwendung durch Entladung Mögliche Gefahren durch Entladeelektroden Nutzanwendung durch Aufladung Anhaftung Anhaften einer Beilage auf einer variablen Unterlage Anhaften mehrerer Papier- oder Folienbahnen zu einem Strang Haften von Dekor auf Pressspanplatten Haften der Schmelzfahne auf der Kühlwalze Teleskopierfreies Wickeln von Folien Beölen von Metallblechen Befeuchten und Beschichten schnell bewegter Bahnen Trocknung von schnell bewegten Substraten Tiefdruck- und Beschichtungswerke Gefährliche Verschmutzungen in Tiefdruck- und Beschichtungswerken Coronaoberflächenbehandlung Was nach einer Coronavorbehandlung beachtet werden muss 245 Literatur Regelwerke zum Explosionsschutz - Zoneneinteilung 247 Carsten Blum 9.1 Europäische Richtlinien Prüfnormen zur Umsetzung der Richtlinie 94/9EG BetrSichV Technischen Regeln zur Betriebssicherheitsverordnung (TRBS) TRBS 2152/BGR 104 Gefährliche explosionsfähige Atmosphäre TRBS 2153/BGR 132 Elektrostatik Merkblatt»Elektrostatik Antworten auf häufig gestellte Fragen«der BG Chemie 258 Literatur Physikalisch-mathematischer Werkzeugkasten 260 Gerhard Schüler 10.1 Energie (Formelzeichen: W) des Kondensators Mindestzündenergie W MZE Leistung P Wirkungsgrad η eines Verbrauchers Feldstärke E; Feldstärke-Vektor E Wirbelfreies Feld Differentialgleichung einer Feldlinie Homogenes Feld zwischen ebenen Platten Feld um eine Punktladung Permittivität ε Elektrische Suszeptibilität χ e Feld um eine Linienladung 263

8 10.3 Flussdichte D r (früher elektrische Verschiebung) Elektrischer Fluss ψ r Frequenz f Wellenlänge λ Kreisfrequenz ω Induktivität L Induktivität L s einer Luft-Spule Kapazität C Draht (Einfachleiter) über einer leitfähigen Fläche Koaxialkabel / Zylinderkapazität Leitende Kugel im Raum Kugel über einer leitfähigen Fläche Parallelschaltung von Einzelkapazitäten Plattenkondensator Reihenschaltung von Einzelkapazitäten Reihenschaltung von 2 Einzelkapazitäten Kraftvektor F r, Kraft F Kraft zwischen 2 Punktladungen (Coulombsches Gesetz) Ladung Q Bewegte Ladung Q i Elektronenstrahlladung Q e Ladungsbedeckung σ Ladungsbelag q L Spezifische Ladung Q spez Raumladung ρ Homogene Raumladung ρ im Volumen V Potenzial ϕ Laplacesche Differentialgleichung (keine Raumladung) Poissonsche Differentialgleichung (mit Raumladung) Potenzial an der Punktladung Spannung U Im elektrischen Feld Im homogenen elektrischen Feld Aufladespannung Ua(t) am Kondensator Entladespannung Ue(t) am Kondensators Zeitkonstante τ (vom RC-Glied) Maschenregel (Kirchhoffsche Regel) Knotenregel (Kirchhoffsche Regel) Zündspannung Uz einer Entladungsstrecke (Paschengesetz) Widerstand R eines Stoffes/Gegenstandes Ableitwiderstand R A eines Gegenstandes Leitfähigkeit γ Leitwert G Oberflächenwiderstand R O eines Gegenstandes Parallelschaltung (aus Einzelwiderständen) Parallelschaltung von 2 Einzelwiderständen Reihenschaltung aus Einzelwiderständen Spezifischer Widerstand ρ v eines metallischen Leiters (Draht) Spezifischer Oberflächenwiderstand ρ S eines Stoffes Spezifischer Volumenwiderstand ρ V eines Materials 276

9 Temperaturabhängigkeit vom Widerstand R(ϑ) Volumenwiderstand R V eines Gegenstandes Wechselstromwiderstand R L einer Induktivität Wechselstromwiderstand R C einer Kapazität Widerstandsrauschen P r (Nyquist-Formel) Rauschspannung U R des Widerstandes R Wirkung des Stromes (Elektrolyse) 1. Faradaysches Gesetz Erwärmung eines Leiters 278 Anhang A Si-Basisgrößen 279 Anhang B Abgeleitete Si-Größen 279 Anhang C Allgemein anwendbare Größen 280 Anhang D Dezimale Teile und Vielfache 280 Anhang E Formelzeichen 281 Anhang F Permittivitätszahl ε r Internationale, Europäische und Nationale Normen auch im Fachgebiet Elektrostatik 283 Stefan Emde 11.1 Was ist Normung? / Warum Normung? Wer macht Normung? Das Deutsche Institut für Normung (DIN) Die deutsche elektrotechnische Kommission (DKE) Der VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik Die Internationale elektrotechnische Kommission Die europäischen Normungsorganisationen CEN Normung in der Elektrostatik Verzeichnis einschlägiger Normen Größen und Einheiten Widerstand und Leitwert Aufladung und Entladung Normen und Norm-Entwürfe der Reihe»Elektrostatik« Aktuelle Arbeiten bei IEC TC 101»Electrostatics« Nützliche Adressen 303 Stichwortverzeichnis 305 Die Autoren

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