Elektrostatik im Griff

Elektrostatik im Griff
Messung der Elektrostatik
Schutzmaß nahmen im Ex-Bereich
Rü diger Schnick
Industrieberatung
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42579 Heiligenhaus
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Elektrostatik, diesen Begriff verbindet auch heute noch
mancher mit schwarzer Magie und Okkultismus.
Elektrostatik, da stehen manchem die Haare zu Berge.
Nicht nur wegen der elektrostatischen Kräfte.
Elektrostatik ist die Lehre von der ruhenden Elektrizität.
Sie tritt mit Vorliebe bei schlecht oder gar nicht leitenden
Materialien auf. Sie ist von vielen Parametern, so auch
vom Oberflächenwiderstand (der stark von der Luftfeuchte beeinflusst wird) abhängig. Vielleicht werden
manche von uns deshalb bei diesem Thema wetterfü hlig.
Dieser Aufsatz beschäftigt sich mit dem Thema Elektrostatik, um dem weniger Vertrauten etwas Licht in das
Dunkel zu bringen. Es wird bewusst auf tiefgreifende
mathematische Ableitungen verzichtet.
· Verschieben flü ssiger und fester Oberflächen
gegeneinander
· Flü ssigkeitszerstäubung
· Erstarrungspotential
· Ionisierung von Gasen
Geschichte
Die Elektrostatik kann man wohl mit zu den
ältesten Naturwissenschaften zählen.
Schon in der Antike war die statische Elektrizität
bekannt. Der Grieche Thales von Milet entdeckte, dass Bernstein, wenn man daran reibt, leichte Körper anzieht. Bernstein, griechisch = Elektron, gab damit der Elektrizitätslehre ihren Namen.
Flü ssigkeitszerstäubung
Schon im 19. Jahrhundert beobachtete man, dass
bei Wasserfällen die kleinen Tropfen negativ aufgeladen waren, während die groß en eine positive
Ladung hatten.
Auch in der industriellen Frü hzeit wurden viele
Forscher auf dem Gebiet der statischen Elektrizität tätig (z. B. Volta, Gauss, Faraday, u.a.m.) In
der heutigen Zeit hatte die statische Elektrizität
an Bedeutung verloren und wurde durch die dynamische Elektrizität verdrängt.
Vergleichbare Effekte treten beim Waschen von
Schiffsladeräumen auf, oder beim Einströmen
von Löschschaum, wie er bei CO2-Löschanlagen
vorkommt.
Erst das Zeitalter der Kunststoffe und elektronischen Bauelemente und die auftretenden
Schwierigkeiten mit deren Umgang haben starkes Interesse an den Ursachen und Folgen der
statischen Elektrizität belebt.
Durch die dabei entstehenden statischen Aufladungen sind auch schon groß e Unfälle verursacht worden. So zum Beispiel während des
Tests einer Löschanlage auf einem Militärflugplatz oder beim Reinigen der Laderäume von
Groß tankern.
Ursache statischer Elektrizität
Verschieben flü ssiger und fester Oberflächen
Ursachen statischer Elektrizität sind zum Beispiel:
· Trennung zweier Festkörper-Oberflächen
· Influenz
Das Verschieben flü ssiger und fester Oberflächen
gegeneinander tritt bei jeglicher Art von Flü ssigkeitsbeförderung in Rohrleitungen auf. Dabei entsteht elektrostatische Ladung dadurch, dass sich
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an der Rohrleitungswand Ionen eines Potentials
anlagern, während Ionen des entgegengesetzten
Potentials diffus in der Flü ssigkeit verteilt sind.
Pumpt man nun die Flü ssigkeit durch die Rohrleitung, so trennt man damit die Ladungsträger
am Rohr von denen in der Flü ssigkeit.
Die Flü ssigkeit ist dann beim Verlassen des Rohres, also beim Befü llen des Behälters, aufgeladen
und gibt ihre Ladung (bei Wandberü hrung oder
sehr langsam durch Ladungstransport) an die
Behälterwand ab.
Bild Trennung und Aufladung bei Festkörpern
Aus diesem Grunde ist es dringend erforderlich,
den zu befü llenden Behälter auf das gleiche Potential wie die Rohrleitung zu bringen (Erdung !!).
Besonders begü nstigt wird dieser Vorgang durch
kleinste Verschmutzungen wie z.B. Wasser,
Rostpartikel und dergleichen. Diese Teilchen verstärken den Effekt durch die zusätzliche Reibung,
die zwischen Verunreinigung und Flü ssigkeit auftritt.
Werden dann noch Filter verwendet, so steigert
sich die statische Elektrizität weiterhin.
Es ist in der Praxis bereits versucht worden, die
entstehende Aufladung der Flü ssigkeit durch
Spitzenionisatoren in der Rohrleitung zu verringern. Diese Technik hat sich allerdings nicht bewährt. Bewährter sind dagegen Beimischungen
leitfähiger Additive, die das Produkt wesentlich
besser leitend machen. Man erreicht damit im
ersten Augenblick zwar (wie vor genannt) durch
die "Verunreinigung" höhere Aufladungen. Aber
diese höhere Ladung wird auch wesentlich
schneller abgebaut.
Auch das Putzen von Kunststoffflächen, Umherrutschen (auf dem Stuhl u.ä.) Reibung der Wäsche am Körper und ähnliche Vorgänge haben
deshalb elektrostatische Ladung zur Folge. Je
nach Oberflächen- und/oder Durchgangswiderstand des Nichtleiters bauen sich die entstandenen Ladungen unterschiedlich schnell ab.
Besonders bedeutsam wird diese Aufladung bei
Beschichtungsanlagen fü r Kunststofffolien mit
brennbaren Klebstoffen oder dann, wenn sich
derart aufgeladene Personen im (Ex)-Bereich bewegen.
Zum Thema der "Beseitigung elektrostatischer
Aufladung" sei hier auf die Broschü re "Erkennung und Beseitigung elektrostatischer Ladung"
verwiesen, die wir Ihnen gerne zusenden.
Fü r die Person gilt, wie bereits erwähnt: Leitfähiges Schuhwerk tragen, damit sich die Ladung
(des Menschen) gegen Erde ausgleichen kann,
ohne verheerende Folgen zu haben.
Influenz
Tests beim Betanken von Flugzeugen haben das
in der Praxis bestätigt.
Sollte diese Maß nahme nicht durchfü hrbar sein,
so hilft eigentlich nur noch, die Fließ geschwindigkeit drastisch herunterzusetzen.
Trennung von Festkörper-Oberflächen
Aufladung ist eine Funktion der Ladungstrennung. Legt man zwei Materialien, deren Oberflächen sich innig berü hren, aufeinander, so findet
zwischen beiden Oberflächen ein Ladungsü bertritt statt. Dieser Zustand dauert so lange, bis sich
ein Gleichgewicht eingestellt hat. Auf beiden
Oberflächen entsteht damit eine Ü berschussladung, die beim Trennen der Oberflächen wirksam
wird, wenn mindestens einer der beiden Stoffe
ein Nichtleiter ist.
Diese elektrostatische Aufladung tritt ü berall dort
auf, wo Kunststofffolien auf-, ab- oder umgerollt
werden.
Bringt man in ein elektrisches Feld einen leitfähigen Körper, so sammeln sich Elektronen auf der
Seite des Körpers, die der positiven Seite des elektrischen Feldes zugewandt ist. Dadurch entsteht auf der Rü ckseite dieses Körpers Elektronenmangel. Der im elektrischen Feld befindliche
Körper ist zwar insgesamt noch elektrisch neutral, aber es bildet sich ein Dipol. Man nennt diese
Erscheinung Influenz.
Bild: Influenz, Entladung und geladene Person
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Beide Verfahren sind in der Praxis durchaus ü blich, unterscheiden sich jedoch bezü glich der
Messtechnik und der Anwendung.
Wenn der leitfähige Körper nicht geerdet ist, so
kann die influenzierte Ladung durch einen geerdeten Gegenstand abgeleitet werden. Der dabei
entstehende Funke kann, je nach Kapazität des
influenzierten Körpers, ein explosibles Gemisch
zü nden.
Den kunststofferzeugenden Betrieb interessiert
fü r seine technischen Datenblätter und seine Informationen an seine Kunden die Frage, wie sich
ein Material später in der praktischen Anwendung
verhalten wird.
In der Praxis können diese nicht geerdeten Leiter
sein:
· Metallflansche an Kunststoff- oder
Glasleitungen
· ungeerdete Maschinenteile
· Personal auf isolierendem Schuhwerk (verschmutzte Sohle!)
· Personal auf nicht geerdeter Unterlage
· und anderes mehr
Den Praktiker im Betrieb interessiert mehr, ob
und wie hoch sich ein Material jetzt im Augenblick aufgeladen hat, und was er dagegen unternehmen kann. Zum Thema der Beseitigung elektrostatischer Aufladung sei hier auf die Broschü re
"Erkennung und Beseitigung elektrostatischer
Ladung" verwiesen, die wir Ihnen gerne
zusenden.
Das elektrische Feld kann zum Beispiel durch
pneumatisch geförderte Pulver in Kunststoff- oder Glasrohrleitungen hervorgerufen sein. Aber
auch Transmissionsriemen können solche Wirkung verursachen.
Feldstärke-Messgeräte
Diese Anlagen selber mü ssen nicht einmal im gefährdeten Produktionsbereich sein. Vergessen
wir auch hier das Personal nicht, das sich (wegen
schlechtleitenden Schuhwerks) durch Influenz
aufgeladen hat und an einem geerdeten Gegenstand "entladen" kann. Die so aufgeladene Person kann als Zeitbombe durch den (Ex)-Bereich
laufen!!
Hier können nur vorbeugende Maß nahmen nü tzen, also:
· Erdung aller isolierten Metallgegenstände
· Tragen geeigneten Schuhwerks
(10 hoch 4 bis 10 hoch 8 Ohm)
· Personenü berwachung zum Schutze vor
verschmutzten Sohlen (siehe auch Ohmtester)
Bild: Feldstärkemessgerät EMF57
Bringt man einen elektrischen Leiter in ein elektrisches Feld, so bilden sich in ihm Ladungsverschiebungen aus, die durch das elektrische Feld
hervorgerufen werden. (Siehe auch Influenz). Der
elektrische Leiter wird dadurch zu einem Dipol.
Schließ t man das eine Ende des Dipols ü ber einen Widerstand an Erdpotential, so fließ t ein
Strom. Schirmt man nun das elektrische Feld
wieder ab, so fließ t ein entsprechend groß er
Strom in entgegengesetzter Richtung.
Erkennung statischer Elektrizität
Die statische Elektrizität entsteht durch Ladungstrennung und äuß ert sich durch ein elektrisches
Feld. Um Gefahren durch statische Elektrizität
vorbeugen zu können, muss man also beurteilen
können, wie stark sich Nichtleiter aufladen können oder aufgeladen haben.
Das Prinzip des Influenz-E-Feldmeters besteht also darin, eine Platte zeitzyklisch dem elektrischen
Felde auszusetzen und abzuschirmen, und den
dadurch entstehenden Strom zu messen.
Um sich ein Bild der Elektrostatik zu machen,
sind grundsätzlich zwei Möglichkeiten vorhanden:
1. Die Messung der Aufladung zeigt uns, ob
und wie hoch ein Material gerade jetzt im
Augenblick aufgeladen ist.
("Gegenwartsbetrachtung")
2. Die Messung elektrischer Durchgangs- oder
Oberflächenwiderstände gestattet uns die
Beurteilung, ob sich ein Material aufladen
lassen wird oder nicht.
("Zukunftsaussichten")
Influenz-E-Feldmeter haben den groß en Vorteil,
dass sie das elektrische Feld messen, ohne es zu
belasten und sind anderen Feldmetern deswegen
weit ü berlegen.
Da das Influenz-E-Feldmeter den Messwert ohne
Belastung misst, ist es mit den Spannungsmessköpfen als Voltmeter besonders fü r hochohmige
Messungen geeignet.
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In der Praxis wird mit diesem Messgerät beispielsweise der Begehtest nach DIN durchgefü hrt.
Dieser Test erlaubt die praxisgerechte Beurteilung von statischen Aufladungen, wie sie beim
Begehen isolierender Fuß böden durch Personal
auftreten.
E-Feldmeter als Betriebsmessgerät
Beim betrieblichen Einsatz von E-Feldmetern ist
hohe Laborgenauigkeit nicht immer erforderlich.
Vielmehr mü ssen hier betriebliche Belange sichere Handhabung des Gerätes gewährleistet sein.
Die Messung der elektrostatischen Aufladung benötigt - wie jede Messung elektrischer Größ en einen Bezugspunkt: Das Erdpotential. Im Gegensatz zur Messung elektrodynamischer Größ en ist
beim Messen elektrostatischer Felder eine hochohmige Erdung ausreichend.
In der Praxis genü gt es deshalb vollkommen, mit
einer Hand den Erdungspunkt des Messgerätes
und mit der anderen Hand ein "blankes" (nicht lackiertes, mit der Maschine verschraubtes oder
verschweiß tes) Teil zu berü hren. Der Körperwiderstand geht praktisch nicht mit in das Messergebnis ein.
Feldbeeinflussung durch geerdete Teile
Diese Forderungen werden von den handlichen
Betriebsmessgeräten wie dem EM02 und dem
EM03 erfü llt.
Bild: Feldstärkemessgerät EM02
Messung elektrostatischer Aufladung
Das Messen der Elektrostatik ist auch fü r den
versierten Elektriker eine recht selten angewendete Messmethode. Deshalb werden beim Messen elektrostatischer Aufladungen vermutlich
auch oft die gleichen Fehler gemacht. Darum vorab ein paar grundlegende Kleinigkeiten:
Erdung des Messgerätes
Bild: Einfluss geerdeter Teile
oben : falsch – Metall hinter Objekt
unten: richtige Anordnung
Das Nirwana aller Elektrik ist das Erdpotential.
Das gilt auch fü r das elektrische Feld. Demzufolge sind Messungen aufgeladener Materialien, die
sich sehr dicht am Erdpotential befinden, stets
mit größ ter Vorsicht zu genieß en. Es seien hier
nur als Beispiel Folien auf Umlenkwalzen erwähnt. Hier können Sie sich "mit dem Quadrat
der Lichtgeschwindigkeit" irren!
Meiden Sie solche Messorte oder kalkulieren Sie
unabschätzbare Messfehler mit ein. Vergleichen
Sie grundsätzlich nur vergleichbare Messorte!
Messabstand beeinflusst Messergebnis
Bild: Messgerät geerdet
Im Gegensatz zur Messung der Spannung in einer
Steckdose erfolgt die Messung der Feldstärke
ohne Berü hrung zum Messobjekt. Die Dimension
der Feldstärke lautet E = U / a, also Spannung
dividiert durch Messabstand. Je weiter Sie vom
Messobjekt entfernt sind, desto kleiner ist das
Messergebnis.
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Eine häufige Aussage lautet: Die Aufladung beträgt 100kV. Diese Aussage bringt zwei Gefahrenpunkte:
Hat der Messende den Abstand vergessen?
Wurde im homogenen Feld gemessen?
Das Messgerät selbst ist auf einen bestimmten
Messabstand skaliert, ü blicherweise in kV/m.
Messen Sie deshalb stets im gleichen Abstand
zum Messobjekt, dann gewöhnen Sie sich leichter an die bei Ihnen ü blichen Größ enordnungen.
Es gilt die Formel E = U / a, demnach ist die Oberflächenspannung eines Objektes U=E * a, also
Messergebnis mal Messabstand (auf gleiche Dimensionen achten!).
Feld durchgreift Nichtleiter
Wie das Sonnenlicht durch ein Fenster scheint,
so durchgreift auch das elektrische Feld Festkörper, wenn diese Festkörper Nichtleiter sind. In der
Praxis muss deshalb darauf geachtet werden,
was hinter unserem Messobjekt geschieht oder
vorhanden ist. Liegen mehrere Folien aufeinander, oder haben wir (z.B. in einem Warenspeicher)
mehrere Bahnen nahe beieinander, so wird das
elektrische Feld der anderen Bahnen unser
Messergebnis mit beeinflussen.
U=E/a
Feldstärke
= 100 kV/m
Messabstand = 0,1m
==> U = 100 kV/m * 0,1m = 10 kV
(Oberflächenspannung)
Diese Aussage gilt fü r die Messung im homogenen Feld, also gemäß dem Messaufbau in Bild 5
rechts. In der Praxis ist dieses homogene Feld
oftmals nicht existent oder nicht "erzwingbar".
Das Ergebnis kann um Faktor 2..3 falsch sein.
Da wir aber keine Labormessungen machen und
uns nur Verhältnisse interessieren, sei uns als
Praktikern dieser Messfehler erlaubt.
Messprotokoll
Oftmals muss die Messung schnell oder gar in Eile erfolgen. Bereiten Sie sich ein Messprotokoll
vor, in dem Messpunkte laufend durchnumeriert
sind. Tragen Sie dort nur ein: Messpunkt, Messergebnis, Messabstand, rel. Luftfeuchtigkeit.
Bild 3: Messfehler durch aufgeladenes
Objekt hinter dem Messobjekt
Berechnen Sie weitere Werte dann, wenn Sie genü gend Zeit haben, Fehler zu vermeiden.
Der Messfehler ist nicht definierbar. Vermeiden
Sie solche Messorte, oder schirmen Sie Fremdfelder durch geerdete Blechplatten ab, wenn es
nicht anders geht.
Grenzen der Feldstärkemessung
Wer schon einmal versucht hat, den Ladungszustand einer Autobatterie festzustellen, hat bemerkt, dass zwischen Spannung und Leistungsfähigkeit der Batterie Unterschiede bestehen. Der
Grund liegt darin, dass wir bei der Spannungsmessung die Kapazität der Spannungsquelle
nicht erfassen können.
Homogenes Feld
Auch bei der Messung des elektrostatischen Feldes wird die Energie der Quelle nicht erfasst. Ü ber die notwendige Ladungsmenge zur Beseitigung der Aufladung kann also keine Aussage
gemacht werden.
Von einem Elektrostatik-Eliminator wird erwartet,
dass er genü gend Energie liefert, auch hohe und
energiereiche Ladungen abzufü hren. In unseren
Kontrollmessungen geht es also nur um die Frage: Ist die Ladung durch den Ionisator hinreichend stark reduziert. Labormessgenauigkeiten
sind dazu nicht erforderlich.
Bild 4 links : inhomogenes Feld,
rechts: richtig gemessen
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Im Allgemeinen erfü llen die handelsü blichen Systeme diese Anforderungen, wenn der Einbauort
richtig gewählt wurde. Näheres dazu finden Sie
auch unter dem Themenkreis "Beseitigung der
Elektrostatik" in der erwähnten Broschü re.
Widerstandmessung beurteilt Aufladbarkeit
Die Messung des Oberflächen- oder Durchgangswiderstandes gibt Aufschluss darü ber, ob
ein Nichtleiter aufladbar ist, oder nicht.
Um diese Messungen durchfü hren zu können, ist
es unbedingt notwendig, sich auf gleichen Messaufbau und gleiche Messarten zu einigen. Auß erdem soll das Messgerät repräsentative Messungen liefern.
Aus diesem Grunde gibt es fü r die Widerstandsmessung unterschiedlichster Nichtleiter entsprechende DIN - Normen. Auf die Vielzahl der Ausfü hrungen und Anwendungen einzugehen,
sprengt den Rahmen dieser Abhandlung. Der interessierte Leser möge sich an den
Beuth-Verlag GmbH, Berlin, wenden.
flächen bilden sich an den Ecken und Kanten
Grate, die das Messergebnis verfälschen, wenn
man mit einer minderwertigen Elektrode misst!
Bei Widerstandswerten ab 10 hoch 9 Ohm ergeben sich bei der Messspannung von 100V Nutzströme von 0,1 mA und kleiner. Es ist leicht zu erkennen, dass hier auch geringste Störspannungen das Messergebnis beeinflussen. Messungen
ab dieser Größ e sollen deswegen auf geerdeten
Tischen, mit akkubetriebenen Messgeräten gemessen werden.
Fü r noch größ ere Widerstandswerte empfiehlt es
sich, abgeschirmte Messkäfige vorzusehen, die
sowohl elektrisch als auch magnetisch abschirmen.
Damit die Messungen später noch verwendbar
sind, empfiehlt es sich in einem Messprotokoll
festzuhalten, mit welcher Elektrode und mit welchem Messgerät gearbeitet wurde.
Da die Luftfeuchtigkeit die Leitfähigkeit des
Messgutes verfälschen kann, sind genaue Labormessungen nur bei Normklima sinnvoll.
Schutz vor Elektrostatik
Kunststoffe meiden
Wie wir im vorgehenden Teil gesehen haben, neigen Kunststoffoberflächen dazu, sich aufzuladen.
Sei es beim Reinigen oder bei bewusstem oder
unbewusstem Reiben ü ber diese Kunststoffflächen.
Bild: Eltex Tera-Ohmmeter
Geeignete Messgeräte werden von der Industrie
angeboten. Fü r den Verwender ist von groß er Bedeutung, stets mit einer Messspannung von 100V
zu arbeiten, damit keine Fehlinterpretationen auftreten können. Gerade bei Kunststoffen mit Additiven zum Verringern des Widerstandes können
(z.B. durch inhomogene Kunststoff-AdditivVermischungen) gravierende Fehler auftreten.
Bei der Messung von Durchgangs- und Oberflächenwiderständen ist gerade im hochohmigen
Bereich, ab etwa 10 hoch 10 Ohm mit besonderen
Schwierigkeiten zu rechnen. Besondere Abschirmungsmaß nahmen sind erforderlich, die teilweise
schon durch die Elektrodenform erreicht werden
können.
Fü r den Benutzer solcher Elektroden ist ebenfalls
wichtig, dass die Elektroden-Flächen vollkommen
eben sind. Gerade beim Galvanisieren der Ober
Aus diesem Grunde sind in der BGR132, der "Bibel der Elektrostatiker", Kunststoffoberflächen im
(Ex)-Bereich auf bestimmte, maximale Größ en
begrenzt. Eigentlich sollten wir gänzlich auf
Kunststoffe im (Ex)-Bereich verzichten.
Wo das nicht möglich ist, mü ssen die Kunststoffoberflächen entsprechend ausgerü stet sein.
Durch Beigabe geeigneter Antistatika beispielsweise, wie es bei Säcken oder Beuteln fü r den
Einsatz (Ex)-Bereich gängig ist. Oder durch eingewebte, leitfähige Fäden, wie bei Filterstoffen
oder Big-Bags.
Fü r alle genannten Fälle gilt dabei, dass diese
leitfähigen Flächen einen Zusammenhang bilden
mü ssen. Und es muss eine leitfähige Verbindung
zum Erdpotential existieren.
In den folgenden Absätzen wird nun beschrieben,
welche Maß nahmen zum Schutz vor Gefahren
und zur Ü berwachung der ordnungsgemäß en Erdung getroffen werden sollen.
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Personenschutz
nicht die erforderlichen elektrischen Werte aufwiesen.
Personenaufladung entsteht durch "Trennung
von Festkörperoberflächen"(siehe auch dort),
zum Beispiel durch:
· Gehen auf nicht leitendem Fuß boden,
· Tragen von isolierendem Schuhwerk,
· durch Fette oder Ö le verschmutztes ehemals
leitfähiges Schuhwerk,
· Reibung der Kleidung am Körper.
Und auch extrem dicke Hornhaut unter dem Fuß
ist in der Praxis schon als zusätzlicher Isolator
aufgetreten. Die entsprechende Person verspü rte
beim Berü hren von Metallteilen Entladungsfunken!
Um diese Gefahrenquelle auszuschalten, eignet
sich ein Personentester. Das Gerät misst den Widerstand des Personales zwischen den Schuhsohlen und der Hand (also inkl. der Verschmutzung der Sohle und der dicken Hornhaut!)
Bild: Gehen auf isolierendem Boden und
Entladung an einem Metallbehälter
Bild: Personen-Tester
Ein paar Zahlen zur Verdeutlichung:
Gehen ü ber einen Teppich und Berü hren der
Tü rklinke, Aussteigen aus einem PKW, speziell im
Winter, o. ä . können zu Personenaufladung fü hren.
Die daraus resultierende Entladung ist:
· fü hlbar
ab 3500Volt
· hörbar
ab 4500Volt
· sichtbar
ab 5000Volt.
In manchen Betrieben werden diese Geräte am
Eingang zum Produktionsbetrieb angeordnet und
die Eingangstü r wird nur dann automatisch geöffnet, wenn der Widerstand des Personales innerhalb der ungefährlichen Grenzen liegt.
In anderen Betrieben muss jeder, der den Betriebsbereich betreten will, mit Datum, Widerstandswert und Unterschrift belegen, dass er sich
der Prü fung unterzogen hat und der Messwert in
den zulässigen Grenzen liegt.
Daraus ist erkennbar, dass aufgeladene Personen
zü ndwillige Gas-Luft-Gemische zü nden können,
ohne die Entladung zu spü ren. Eine aufgeladene
Person ist also in (Ex)-Anlagen eine potentielle
Gefahr fü r sich und andere.
Grundsätzlich ist es empfehlenswert, das Personal zum eigenen Schutze mittels des Personentesters in Intervallen zu ü berprü fen.
Auch Influenz-Aufladung und das Entladen aufgeladener, nicht geerdeter Metallteile sind Gefahrenquellen, die durch das Personal in den (Ex)Bereich verschleppt werden können.
Praxisbeispiele
Falsches Vertrauen in neues Schuhwerk
Leitfähige Fuß böden und leitfähiges Schuhwerk
sind daher im (Ex)-Bereich nicht notwendiges
Ü bel, sondern geforderter Schutz. Genauso wichtig ist es, die erforderliche Leitfähigkeit des
Schuhwerks in Intervallen zu kontrollieren, um
solche Gefahrenquellen auszuschalten.
In einem Ex-Betrieb möchte der Bereichsleiter
seinen Mitarbeitern einen Gefallen tun. Er schlägt
ihnen vor, die alten, durchgeschwitzten Schuhe
gegen neues Schuhwerk einzutauschen.
Als geeignetes Gerät dazu bietet sich der Personentester an.
Der Betrieb verfü gt ü ber einen Personen- und
Schuhwerkstester. Das Personal benutzt ihn häufig.
Es auch schon vorgekommen, dass die Sicherheitsschuhe durch falsche Verklebung der Sohlen
Bei den neuen Schuhen zeigt sich, dass der Personentester Ü berschreiten des zulässigen Wider9
standswertes anzeigt. Man misstraut dem Gerät.
Es soll ausgemustert werden.
Kurz vor der Verschrottung wird ein Experte der
MSR-Abteilung gebeten, einmal einen Blick auf
den Personentester zu werfen. Er kontrolliert ihn
messtechnisch und stellt fest: Das Gerät arbeitet
richtig. Die neuen Schuhe liegen beim Ü berprü fen
mit dem Tera-Ohmmeter ü ber der zulässigen
Grenze von 10 hoch 8 Ohm. Das alte Schuhwerk
war wesentlich geeigneter, als das neue Schuhwerk!
Leider wird diese einfache Grundregel viel zu oft
vernachlässigt. Gerade das Befü llen von Behältern im (Ex)-Bereich ist immer wieder Ursache
von Bränden oder Verpuffungen, weil die Erdung
vergessen oder missachtet wurde. Und obwohl
die Berufsgenossenschaft diesen Punkt genau
definiert, mangelt es in der Praxis an verantwortungsvollen Lösungen.
Passive Erdung
Probleme mit Flurförderfahrzeugen
Wird auch die Erdung mittels Zangen vorgenommen, so erschrecken doch die Kontakteinheiten,
die den Metallbehälter kontaktieren sollen.
Ein junger Elektroingenieur bekommt in seiner
Einarbeitungszeit vom Chef die Aufgabe, den Betrieb genau bezü glich elektrostatischer Gefahren
zu untersuchen.
Man findet in der Praxis eine unvorstellbare
Bandbreite ungeeigneter Erdungskontakter. Das
beginnt bei einfachen Batterieklemmen, geht ü ber
Haftmagnete und endet bei Schweiß zangen.
Ihm fallen bei Gabelstaplern neue Reifen auf, die
nicht mehr die geforderte Ableitfähigkeit aufweisen, obwohl sie erst wenige Wochen alt sind.
Diese Gebilde können der Vorschrift aber nur
scheinbar gerecht werden, denn verlangt wird eine Erdung des Behälters. Erreicht wird oftmals
aber nur eine mechanische Verbindung ohne leitfähigen Kontakt zum Objekt.
Der Reifenhersteller leitet langwierige Untersuchungen ein. Das Ergebnis: Die KohleMolekü lketten in den Reifen verschleiß en zu
schnell, weil das Gewicht schwerer Behälter und
die resultierende Walk-Arbeit zum Zerreiß en der
Ketten fü hrte.
Hier helfen nur regelmäß ige Kontrollen und Protokollierung der Flurförderfahrzeuge auch auf Ableitfähigkeit der Reifen. Tera-Ohmmeter und entsprechende Elektroden sorgen fü r Sicherheit gegen ein aufladbares Transportgerät.
Eine Batterieklemme oder eine Schweiß zange
können Isolierschichten nicht sicher durchbrechen!!
Gute Erdungszangen erkennen Sie an ihrem
scharfkantigen Gebiss und gutem Anpressdruck,
um auch Inkrustierungen auf der Oberfläche des
Objektes zu durchbrechen. Zum Schutz vor Abreiß en können Sie zusätzlich mit einer Arretierung
versehen sein.
Elektrostatische Erdung
Elektrostatische Ladung entsteht auch beim Fördern aufladbarer Flü ssigkeiten. Diese Ursache
wird "Verschieben flü ssiger und fester Oberflächen"(siehe auch dort) genannt. An der Rohrleitungswand lagern sich Ladungsteilchen eines
Potentiales ab, die Ladungsteilchen des anderen
Potentiales sind frei in der Flü ssigkeit.
Transportiert man diese Flü ssigkeit, so werden
die Ladungsteilchen mit transportiert. Fü llt man
die Flü ssigkeit in einen Behälter, so sammeln
sich die freien Ladungsteilchen der Flü ssigkeit im
Behälter und sorgen fü r eine elektrostatische Aufladung. Ein metallischer Behälter vereinigt diese
Ladung auf sich und kann sie schlagartig an Erde
abgeben, wenn er nicht vor Beginn des Fü llvorganges geerdet wurde.
In der Praxis bedeutet das: Alle ortsveränderlichen Behälter, Gefäß e, Fässer etc. mü ssen vor
Beginn der Befü llung oder Entleerung geerdet
sein.
Bild: Erdzange mit Arretierung des Maules
Aktive Erdung
Beginnen wir mit einem Beispiel aus der Praxis:
Ein TKW-Fahrer liefert in einer chemischen Fabrik
Rohstoffe an. Der Betrieb verfü gt ü ber passive
Erdungszangen, die der Fahrer auch ordnungsgemäß benutzen möchte. Er legt die Erdungszange akribisch an seinem Fahrzeug an. Leider be10
nutzt er dafü r den Plastikschmutzfänger ü ber den
Hinterrädern seines Aufliegers.
unterbrochen, so schaltet das Erdü berwachungsgerät den Umfü llprozess sofort ab.
Mit einer ü berwachten Erdungseinrichtung wäre
das nicht passiert. Sie meldet dem Bediener,
wenn die Zange nicht ordnungsgemäß an einem
leitfähigen Teil angelegt ist, oder wenn der Kontakt zu dem leitfähigen Teil nicht ausreichend
vorhanden ist. Durch eine zusätzliche Verriegelung zur Pumpe kann obendrein erreicht werden,
dass die Befü llung oder Entleerung abgebrochen
wird, wenn die Zange herunterfällt.
Sicherheit gegen Fehlbedienung kann auch durch
beidseitige Kontaktierung erreicht werden. Dazu
wird der ortsveränderliche Behälter an zwei unabhängigen Stellen seiner Oberfläche kontaktiert.
Der eigensichere, (Ex)-zugelassene Stromkreis
wird dann
· vom Erdü berwachungsgerät
· ü ber Zange 1,
· Behälter und
· zweiten Kontakt (beispielsweise Gitterrost
unter einem Fass) gefü hrt.
Fü r eine sichere Erdung im (Ex)-Bereich sind zwei
wesentliche Punkte zu beachten:
1. geeignete Kontaktierungseinrichtungen
2. definierte, kontrollierte Erdung durch Erdü berwachung.
Erdü berwachungsgeräte stehen in vielen Varianten zur Verfü gung:
· Geräte fü r den Einsatz vor Ort,
· Die Varianten im Normschienen-Gehäuse
sind fü r den Einsatz im Schalthaus oder
Schaltschrank vorgesehen,
· Geräte mit Anlage-Kontrolle,
· Geräte mit Pharma-Gehäusen.
Anforderungen an gute Erdungskontakter sind:
· handlicher Aufbau,
· scharfe Backen zum Durchdringen von
Isolation der Behälter-Oberfläche,
· korrosionsfeste Ausrü stung,
· auffällige Farbgebung,
· Kontrolle der Erdverbindung
Erdungsgeräte mit Anlagekontrolle
Im Computerzeitalter liegt der Wunsch vollständiger Automatisation mit intelligenter Technik auf
der Hand. Daraus kann eine Art Streit um die Automatisierung von Erdungsgeräten abgeleitet
werden. Eigentlich möchte man Erdungsgeräte,
die das zu erdende Objekt erkennen und möglichst sogar einordnen und sich funktionstechnisch anpasst.
Geräte zur ü berwachten Erdung
Bewährte Technik zur kontrollierten Erdung stellt
das Erdü berwachungsgerät der Abbildung dar,
dass das Anliegen der Zange ü ber einen eigensicheren Stromkreis während der gesamten Betriebsphase ü berwacht.
Die Frage ist, was man einem Bediener, dem Anlieferer von brennbaren Flü ssigkeiten zumuten
kann und was man von Technik erwarten soll.
Das Stichwort „ Anlegekontrolle“ steht fü r Erdungsü berwachungsgeräte, die erkennen, ob sie
am richtigen Objekt angelegt sind. Dahinter versteckt sich die typische Sorge ü ber eine ü berwachten Erdungszange, die an die Stahlkonstruktion der Verladeanlage angelegt ist und dauernde
Erdverbindung meldet.
Was mü ssen wir von einer Erdungsü berwachung
mit Anlagekontrolle erwarten?
Schauen wir uns mögliche Erdungsobjekte an, so
sehen wir vor unserem geistigen Auge:
· Container
· Fässer
· verfahrbare, absetzbare Tanks
(Absetzbehälter)
· Straß entankwagen
· Schienenkesselwagen
Bild : Erdungsgerät Eltex – Terrabox
Die Eltex-Terrabox ü berprü ft, ob die Zange an einem leitenden Objekt angelegt ist. Sie gibt dem
Bediener „ elektrische Augen“ , damit er erkennen
kann, dass er eine leitfähige Verbindung zum zu
erdenden Objekt hat.
Ist der Behälter nicht leitend mit der Zange und
damit mit dem Erdpotential verbunden, so wird
der Umfü llprozess gar nicht freigegeben. Wird die
Erdverbindung beim laufenden Umfü llvorgang
Verfü gbare Erdungsgeräte mit Anlagekontrolle
sind leider nicht mit Augen versehen, sie können
nur „ elektrisch“ denken. Unterschieden wir hier
11
zwischen solchen Systemen, die elektrische Widerständer auswerten und Kapazitäten erkennen.
sammeln und schlagartig gegen Erde abgeben
können.
Hinzu kommt, dass diese Teile im Neuzustand der
Anlage zwar genug ausreichenden Erdkontakt
aufweisen, der aber im Laufe der Zeit durch Staub
vermindert oder gar völlig unterbunden wird.
Deshalb ist es zwingend erforderlich, fü r eine definierte und kontrollierte Erdung dieser Maschinen- oder Anlagenteile zu sorgen.
Die kontrollierte Erdung bedeutet, dass die Metallteile (Filterkorb, Siebboden) isoliert anzuordnen und dann durch eine Ü berwachungsschleife
als Reihenschaltung sämtlicher Teile mit einem
Erdü berwachungsgerät zu verbinden sind.
Bild: Erdungsgerät Eltex - Terrakap
Das Erdü berwachungsgerät ü berwacht dann den
Kreis und schlägt bei Unterbrechungen Alarm.
Beide Verfahren haben elektrischen Grenzen.
Big-Bag - Erdung
Nehmen wir auch hier wieder eine Situation aus
der Praxis: Anlieferung eines TKWs in einer chemischen Fabrik. Es ist Winter, die Straß en sind
mit Salz gestreut.
1) Im Bereich der Verladeanlage liegt Eis:
Das Erdungsgerät mit Widerstandsmessung gibt
keine Freischaltung.
Der eisige Boden ist nicht elektrisch leitet. Mit der
angelegten Zange wird kein Durchgang zum Erdpotential erreicht.
Fü r die Verpackung von granulierten oder pulvrigen Materialien werden zunehmend Big-Bags
eingesetzt. Besonderes Augenmerk sollte hier auf
der Befü llung oder Entleerung liegen.
Damit Big-Bags keine Gefahren im Ex-Bereich
bergen, werden in das Gewebe leitfähige Stränge
eingewebt, die Ladungen ableiten. Fü r die Ableitung gegen Erde verfü gt der entsprechende BigBag ü ber eine oder, besser noch, zwei Erdungslaschen.
2) Im Bereich der Verladeanlage sei kein Eis:
Das Erdungsgerät mit kapazitiver Erkennung gibt
keine Freischaltung.
Durch das Salz der Straß en sind die (sonst
hochohmigen) Reifen des Tankwagens zu gut
leitend. Die Kapazität des Tankwagens gegenü ber dem Erdpotential ist kurzgeschlossen.
Wie hilft man sich, um den Kesselwagen entladen
oder beladen zu können? Die Geräte verfü gen
ü ber Schlü sselschalter, mit denen die Anlagekontrolle auß er Betrieb genommen wird.
Nun darf nur nicht vergessen werden, diese Ü berwachungsfunktion auch wieder in Betrieb zu
nehmen!
Erdung in Sieb- und Filteranlagen
Stäube sind als Folge der Ladungstrennung zum
Beispiel beim pneumatischen Transport elektrostatisch aufgeladen. Kritisch macht sich diese
Aufladung in Siebeinrichtungen und Filteranlagen
bemerkbar.
Aufgeladener Staub schlägt sich an Siebböden
und Filtertü chern nieder und gibt seine Ladung
an die metallischen Teile der Anlage ab. Sind diese Teile von Erde isoliert, können sie die Ladung
Eine sinnvolle Ü berwachung der Big-Bag-Erdung
erreicht man nur, wenn man mit zwei Erdungszangen an zwei Laschen, diagonal an den BagEcken angeordnet, misst. Denn nur dann hat man
auch den Sack im Griff und nicht nur die Lasche.
Das geeignete Erdungsgeräte fü r die Big-BagErdung verfü gt ü ber einen speziellen Widerstandsbereich.
Beide Bauformen, Terrabox und Terracompact,
sind in der Version fü r Big-Bag-Erdung lieferbar.
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Beispiele fü r Erdungseinrichtungen im Betrieb
Ü berwachte Erdung eines Absetzbehälters
Umfü llprozess mit ü berwachter Erdung
Ü berwachte Fass-Erdung
Ü berwachte Container-Erdung
Ü berwachte Big-Bag-Erdung
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Beispiele fü r Erdungseinrichtungen im Betrieb
Ü berwachte Container-Erdung
Ü berwachte Erdung mit
Big-Bag-Funktion
Erdungszange am Tankkesselwagen
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Ionisatoren fü r den Einsatz
im Ex-Bereich:
Ionenblaspistole EXPR50
fü r den Einsatz im Ex-Bereich,
z. B. in Lackierkabinen
Ionisations-Elektrode EXR5C
fü r den Einsatz im Ex-Bereich,
z. B. bei Palettenwicklern, in
Lackierwerken und Beschichtungsanlagen
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Optimieren der Oberflächenhaftung:
„ Mit dem Kunden,
fü r den Kunden“
Die Entwicklung von kundenspezifischen Lösung steht im
Mittelpunkt unseres Handelns.
Zur Lösung Ihrer Aufgabenstellung haben wir ein starkes
Netz an Partnern geknü pft.
Beflammung
Jedes Unternehmen, mit dem
wir zusammenarbeiten, bietet
Produkte, die in ihrem Markt
einzigartige Vorteile bieten.
Mit Einsatz, langjähriger
Erfahrung und Kreativität ist
es unser Ziel eine Langzeitverbindung mit Ihnen Kunden
zu erarbeiten.
Stellen Sie uns auf die
Probe:
Sagen Sie uns, was wir fü r
Sie tun können.
Korona-Vorbehandlung
Dicken- und Profilmessung:
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