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- Herausgeber: expert verlag GmbH
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Deutsch
- Veröffentlichungsjahr: 2022
Das Lexikon erklärt Begriffe aus dem Bereich der Statischen Elektrizität und stellt die Beurteilungskriterien sowie die messtechnischen Möglichkeiten, Verfahren, Geräte und Systeme und deren Anwendung zusammen. Es befasst sich mit den elektrostatischen Aufladungen als Ursache von Bränden und Explosionen in vielen Bereichen der Industrie bis hin zu elektrostatischen Erscheinungen in der Umwelt. Vielfältige Querverbindungen zu Sachverhalten, Normen und Literatur ermöglichen den Leser:innen, sich ein Grundverständnis zu elektrostatischen Erscheinungen anzueignen. Die in diesem Zusammenhang wichtigsten mathematischen Formeln, Daten brennbarer Gase und Dämpfe sowie gängiger Kunststoffe sind ebenfalls zu finden.
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Seitenzahl: 652
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Ähnliche
Wolfgang Schubert / Günter Lüttgens
Praxislexikon statische Elektrizität
Umschlagabbildung: Gleitstielbüschelentladung, © Wolfgang Schubert
DOI: https://www.doi.org/10.2405379783816985068
© expert verlag 2022
‒ ein Unternehmen der Narr Francke Attempto Verlag GmbH + Co. KG
Dischingerweg 5 · D-72070 Tübingen
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Internet: www.expertverlag.deeMail: [email protected]
ISBN 978-3-8169-3506-3 (Print)
ISBN 978-3-8169-0032-0 (ePub)
Inhalt
Statt eines Vorworts
„Was, Sie lesen noch ein Buch? Das steht doch alles im Internet und viel aktueller … Und dann noch ein Lexikon! … Wer macht denn noch sowas. Man findet doch alles ganz schnell im Netz, das ist doch viel praktischer.“
Weil Sie weiterlesen, haben Sie wohl einen Grund dafür. Wollten Sie vielleicht schon einmal in einer fremden Stadt eine Adresse aufsuchen, die Ihr Navigationsgerät nicht kannte? Und dann? Wahrscheinlich haben Sie versucht, jemanden zu finden, der sich auskannte – und nach dem Weg gefragt. Wenn es die richtige Person war, sind Sie an Ihr Ziel gekommen. Wenn Sie aber nur ein Schulterzucken erhielten, mussten Sie weitersuchen. Schlimmer noch, wenn Sie jemand falsch geschickt hatte …
Ihr Interesse zielt auf Elektrostatik, das sehe ich am Buchtitel. Und Sie haben es – bewusst oder unbewusst – sehr gut getroffen mit den Autoren, die Sie dazu informieren wollen:
Das Ehepaar Lüttgens, das das Lexikon begründete, hat sich ein Leben lang damit befasst, elektrostatische Phänomene nicht nur zu untersuchen, um sie selbst zu verstehen, sondern sie auch anderen auf verständliche Weise nahezubringen. Und Wolfgang Schubert, der beruflich einmal im Druckereifach startete und dort der Elektrostatik begegnete, ist davon so fasziniert, dass er seither voller Begeisterung Lösungen für elektrostatische Probleme sucht und findet. Er war ein Glücksfall für Günter und Sylvia Lüttgens und ist es jetzt auch für Sie. Bei der Überarbeitung und Erweiterung des Lexikons hat er mit der ihm eigenen Akribie und Genauigkeit die Inhalte, die sich hinter den Stichworten verbergen, geprüft, sie knapp und präzise in Worte gefasst und wichtige Verknüpfungen zwischen ihnen hergestellt. Ich weiß, wovon ich rede, denn ich war immer wieder – durch Mails und Telefonate – mitten dabei, wenn er nach Originalliteratur recherchierte, Begründungen für Festlegungen im Regelwerk ermittelte oder an einem verständlichen und trotzdem korrekten Eintrag für ein Stichwort feilte.
Die Freude, die ihn erfüllt, kann man spüren, wenn man etwas nachschlägt, plötzlich ein Verweis Interesse weckt und man überraschenderweise ins Schmökern kommt, obwohl man ein Fachbuch, ja ein Lexikon in der Hand hält. Vielleicht wird es Ihnen ähnlich gehen, aber auch, wenn Sie „nur“ etwas wissen wollen: Herzlichen Glückwunsch, hier sind Sie richtig, Sie haben eine gute Wahl getroffen.
Dr. Oswald Losert
Vorbemerkung und Danksagung
Von meinem lieben Wegbegleiter und Berater, Dipl.-Ing. Günter Lüttgens, mit dem seine Frau Sylvia und ich gemeinsam zwei Bücher verfasst hatten, wurde ich Ende 2019 gefragt, ob ich mir vorstellen könnte, sein bereits in mehreren Auflagen erschienenes Lexikon „Statische Elektrizität“ zu überarbeiten. Damals ahnte ich noch nicht, welche großen Herausforderungen auf mich zukamen.
Die Elektrostatik ist mir in über 25 Jahren zum Hobby geworden. So begannen wir gemeinsam im Frühjahr 2020 mit der Überarbeitung der ersten Begriffe und stellten fest, dass auch die Struktur des Lexikons neu zu gestalten sei. Den zukünftigen Benutzern sollte ein Werkzeug in die Hand geben werden, mit dem auch in der Praxis gearbeitet werden kann. So sind z.B. bei der Suche nach Messelektroden, jetzt die Vielzahl derer an einer Stelle zu finden. Wegen der örtlichen Entfernung diskutierten wir in vielen stundenlangen Telefonaten, wechselten zahlreiche Mails und rangen um möglichst perfekte Beschreibungen der Begriffe. Es wurde nichts erfunden, sondern gefunden, recherchiert, überprüft, geordnet und in hoffentlich verständliche Sprache umgesetzt.
Doch leider kam im März 2021 mit dem plötzlichen Tod des 87-Jährigen das jähe Ende unserer Zusammenarbeit. Mir stand nun das riesige Wissen von Günter und der Diskussionspartner nicht mehr zur Verfügung. Um das Werk zur Elektrostatik doch zu vollenden, suchte ich mir Experten, die ich aus der Zusammenarbeit meiner bisherigen Tätigkeit kannte und die ich bei der Recherche im Internet fand. Weitere am Buch Interessierte sowie Berater angrenzender Gebiete haben mich ebenfalls in vielfältiger Weise mit ihrem Wissen unterstützt. All denen gilt mein Dank, obwohl ich hier stellvertretend nur einige nennen kann: Dr. Ulrich von Pidoll, Dr. Oswald Losert, Hermann Künzig, Christian Vogel, Thomas Gradl, Christian Hinz, Christian Funder.
Ohne die intensive Unterstützung meiner Frau Beate wäre das Lexikon nicht entstanden. Sie hat mich mit großer Geduld, Genauigkeit und mit unablässiger Beharrlichkeit auf meinem Weg begleitet und mir den Raum dafür geschaffen.
Dieses Lexikon soll auch ein Andenken an Günter Lüttgens sein, der mit seiner Frau Sylvia über viele Jahre Seminare und Vorträge im In- und Ausland zum Thema gehalten, Gutachten verfasst und in vielen Normenausschüssen mitgearbeitet hat. Das Ehepaar hat die ↑Elstatik-Stiftung vor Jahren gegründet und fördert damit junge Wissenschaftler für Leistungen auf dem Gebiet der Elektrostatik und der Energieeffizienz.
Wolfgang Schubert
Benutzerhinweise
Es werden im Lexikon nicht nur Begriffe der statischen Elektrizität aufgeführt, sondern auch solche, die zum tieferen Verständnis des Sachverhaltes beitragen. Damit es umfassend und ohne Enttäuschung nutzbar wird, sind nachstehend einige Informationen zur Herangehensweise genannt.
Verweise sollen helfen, sich den Inhalt des Lexikons allseitig zu erschließen. Der Verweisungspfeil ↑ empfiehlt, den dahinterstehenden Begriff nachzuschlagen, um weitere Informationen oder Verknüpfungen zu finden.
Hinweise zum etymologischen Ursprung sind in runden Klammern (…) kursiv gesetzt.
Mit geschweiften Klammern {…} wird auf Größen – Einheiten – Formeln im Anhang Mathemat. Werkzeugkasten und auf Daten verschiedener Stoffe in den Anhängen A, B und C verwiesen.
Literaturangaben sind in eckigen Klammern […] gesetzt.
Eingetragene Warenzeichen sind mit ® gekennzeichnet.
Für die Elektrostatik sind neben vielen anderen zwei Literaturangaben von grundlegender Bedeutung:
TRGS 727, Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen. Diese wird im Text ggf. in Verbindung mit dem jeweiligen Kapitel genannt. (Beispiel [TRGS 727 Abschn. 4])
Lüttgens, G., Schubert, W., Lüttgens, S., Pidoll, U.v., Emde, S., (2020) Statische Elektrizität, Durchschauen – Überwachen – Anwenden. Diese wird im Text in Verbindung mit dem jeweiligen Kapitel genannt. (Beispiel [SE Abschn. 2])
A
Abdeckung (elektrische), Teil eines Betriebsmittels, das Schutz gegen direktes Berühren aus allen möglichen Zugriffsrichtungen gewährt. [DIN EN 61010-1]
Abfall. Für die Elektrostatik sind explosionsfähige und brennbare Stoffe von Bedeutung. Für deren offene Einleitung werden an die ↑Behältergröße Forderungen erhoben. Sammelbehälter von mehr als 5 l Fassungsvermögen sollen aus leitfähigem Material bestehen und geerdet sein. Nach [1. BImSchV] sind flüssige A. in geschlossenen, gegen Überdruck gesicherten Behältern zu lagern. Bei der Befüllung der Behälter sind als emissionsmindernde Maßnahmen das ↑Gaspendelverfahren anzuwenden oder die Verdrängungsluft zu erfassen. Weiterhin sind offene Übergabestellen mit einer Luftabsaugung auszurüsten. Das verdrängte Gas aus den Behältern sowie die abgesaugte Luft sind der Lösemittelrückgewinnung oder einer Nachverbrennung zuzuführen.
Abfallzeit (auch Abklingzeit), Zeit t, in der eine monoton abnehmende physikal. Größe P von einem Anfangswert Po zur Zeit to auf einen beliebig festgesetzten Bruchteil kPo (von k < 1) abnimmt. Bei der häufig vorkommenden exponentiellen Abnahme wird k = 1/e gesetzt (Entlade-↑Zeitkonstante, ↑Deionisationszeit, ↑Relaxationszeit). {Anhang M.5.2}
Abfüllen, ↑Befüllvorgang, ↑Lagerung
abgeleitete SI-Einheit, ↑SI-Einheit
Abglimmen, Gasentladung unter vermindertem Druck (↑Glimmeinrichtung, ↑Paschen-Gesetz).
Ablagerung (Staub, auch aus Metall), stellt eine permanente Gefahr in Fertigungsbereichen dar. Sie kann nach der Entzündung durch eine externe Zündquelle einen Brand verursachen. Dieser erzeugt eine Aufwirbelung, in deren Folge sich ein explosionsfähiges ↑Staub-Luft-Gemisch bilden kann. Aufwirbelung kann auch z.B. durch Erschütterung und Lüftung/Luftzug erfolgen. Regelmäßiges Beseitigen von A. stellt deswegen eine sicherheitstechn. bedeutsame Schutzmaßnahme im ↑Explosionsschutz dar.
Ableiter, Betriebsmittel, die im Wesentlichen aus spannungsabhängigen Widerständen (↑Varistoren und/oder Funkenstrecken, ↑Schutzgasableitern und/oder spannungsbegrenzenden Halbleitern, ↑Zenerdioden, ↑TVS-Dioden) bestehen. Sie dienen dazu, elektr. Betriebsmittel und Anlagen gegen unzulässig hohe Überspannungen zu schützen, wobei diese zur Erde abgeleitet werden. Ansprechspannung und Ansprechzeit charakterisieren die A. Sie werden aufgrund ihres Stoßstrom-Ableitvermögens in Blitzstromableiter (Gewitterblitzbeeinflussungen infolge von Naheinschlägen) und Überspannungsableiter (Ferneinschläge), Schaltüberspannungen sowie elektrostat. Entladungen unterschieden.
Ableitfähigkeit, beschreibt die Eigenschaft von Werkstoffen und Gegenständen, elektrostat. ↑Ladungen so schnell zur Erde abzuleiten, dass durch diese weder Gefahren noch Störungen auftreten. Sie ist eine Materialkenngröße hinsichtlich des elektr. Widerstandes (↑Ableitwiderstand, ↑erdungsfähiger Punkt). Sie wird definiert durch:
Spezif. Durchgangswiderstand ρv zwischen 104 und < 109 Ωm
Oberflächenwiderstand Ro zwischen 104 und < 109 Ω, gemessen bei 23°C und 50 % r.F.
Oberflächenwiderstand Ro zwischen 104 und 1011 Ω, gemessen bei 23°C und 30 % r.F.
Üblicherweise werden Oberflächenwiderstände bei 50 % r.F. gemessen. Es ist aber i.d.R. so, dass die ↑Kunststoffe meist bei niedrigeren rel. ↑Luftfeuchten zum Einsatz kommen. Daher wurde für die Messung bei 50 % r.F. ein „Sicherheitsabstand“ mit dem Faktor 100 eingeführt, um sicher zu gehen, dass Kunststoffe, die bei 50 % r.F. gemessen wurden, auch noch bei 30 % r.F. ableitfähige Eigenschaften besitzen. [TRGS 727 Abschn. 2.13], [SE Abschn. 3.5]
Die A. bei Schutzkleidung wird i.d.R. durch das Einbringen von leitfähigen Fasern in das hochohmige Basismaterial (z.B. Baumwolle oder Polyester) erreicht. Derartige Materialsysteme können nicht im Sinne homogen ableitfähiger Körper entladen werden. Der wirkende elektrostat. Effekt der A. besteht in verschiedenartigen physikal. Wechselwirkungsmechanismen zwischen Basistextil, Leitfasern und dem geerdeten Personenkörper. Dabei können die Oberflächenladungen galvanisch abgeleitet oder über Feldeffekte elektrostat. gebunden bzw. neutralisiert werden. In der Folge verliert sich die Zündwirksamkeit. [Gruppe DIN EN 1149]
Ableitkondensator, bei hochfrequenten Wechselströmen als Kurzschluss wirkender ↑Kondensator. Da sein Blindwiderstand (↑Wechselstromgröße) mit steigender Frequenz abnimmt, können unerwünschte Hochfrequenzströme in niederfrequenten oder Gleichstromkreisen gemindert werden.
Ableitstrom, elektr. Strom, der in einem fehlerfreien Stromkreis zur Erde oder zu einem fremden leitfähigen Teil fließt. [DIN VDE 0100-200]
Ableitwiderstand, Formelzeichen RE, Einheit [Ω], kennzeichnet den elektr. Widerstand, der zwischen einer an einem Gegenstand angelegten Elektrode (↑erdungsfähiger Punkt) und einem Bezugssystem (z.B. Erde) gemessen wird. Nach TRGS 727 ist für die Messung des A. zur Erde eine Messelektrode mit einer Kreisfläche von 20 cm2 zu verwenden. Die ↑Widerstandsmessungen sollten mit einer Gleichspannung von mindestens 100, besser 500 V durchgeführt werden. [DIN EN 60079-32-2], [TRGS 727 Abschn. 2.9]
A. bei Arbeitsschuhen und Arbeitshandschuhen. Infolge unklarer Normenlage hat es sich im Bereich Vermeidung von Gefahren infolge elektrostat. Aufladungen etabliert, den A. im System Hand-Person-Schuhe mit einem entsprechenden Prüfgerät (↑Personentester) zu kontrollieren. [DIN EN IEC 61340-4-5]
A. beim Fußboden. Nach [DIN EN 61340-4-1] kann zur Bestimmung des A. eines Fußbodens eine kreisförmige Messelektrode (Ø 65 ± 5 mm, Gewicht 2,5 kg) eingesetzt werden. Die Elektrodenoberfläche sollte trocken sein und den Gegenstand auf der gesamten Berührungsfläche kontaktieren (z.B. Elektrode aus leitfähigem Gummi). Weil auch andere Prüfverfahren angewendet werden können, sollte bereits vor der Lieferung eines Fußbodenbelages das für die Abnahme zu verwendete Prüfverfahren festgelegt werden. [SE Abschn. 3.5.6], [TRGS 727 Abschn. 8.2]
A. bei Textilien ist nach der Normengruppe [DIN EN 1149] zu bestimmen.
Ableitzeit, ↑Abfallzeit
Ablenkung. Auf ihren Bewegungsbahnen erfahren elektr. geladene Teilchen durch ein elektr. oder ein magnet. ↑Feld eine A., wenn die Feldlinien nicht in Richtung ihrer Bewegung verlaufen. Die Ablenkung der Teilchen bei Feldlinien quer zur Bewegungsrichtung ist umso stärker, je langsamer die Teilchen sind (↑Millikan-Versuch, ↑Stoffseparation, ↑Nutzanwendung).
Ablesegenauigkeit. Beim Ablesen von Messwerten wird ein Zeiger oder eine Eichmarke zur Deckung mit der auf einer Skala aufgezeichneten Markierung gebracht. Die A. hängt von der Skaleneinteilung ab und wird als der minimale noch ablesbare Abstand zwischen zwei noch unterscheidbaren Messpunkten angesehen. Häufig wird die A. in Prozenten des Endwertes angegeben.
Abmessungaufladbarer Oberflächen, ↑Aufladbarkeit
Absaugung. In Arbeitsstätten, wo brennbare Gase oder Dämpfe entzündbarer Flüssigkeiten freigesetzt werden können, sind Lüftungsmaßnahmen vorzusehen, durch die gefährliche ↑Ex-Atmosphäre vermieden wird. Sie sind an den zu erwartenden Austrittstellen als Objekt-A. auszuführen. Weil brennbare Gase größtenteils eine höhere Dichte als Luft haben, brennbare Dämpfe sogar ausnahmslos, werden sie – soweit nicht vollständig von der A. erfasst – sukzessive zu Boden sinken und sollten zusätzlich auch dort abgesaugt werden (Boden-A.). Durch derartige validierte und überwachte A. lässt sich erreichen, dass weite Bereiche, die originär der ↑Ex-Zone 1 zugeordnet werden müssten, nun den Anforderungen der Zone 2 entsprechen. Für den Bereich der Elektrostatik ist das insoweit vorteilhaft, als dann – abgesehen von spezif. Einzelfällen – keine weiteren Schutzmaßnahmen erforderlich werden. (↑PTS), [TRGS 722 Abschn. 4.6.3], [TRGS 724]
Objekt-A. / Absaughauben, Vorrichtung zum unmittelbaren Absaugen (Gase, Dämpfe und Stäube) am Ort der Freisetzung, deren Notwendigkeit sich aus der ↑Gefährdungsbeurteilung beim Umgang mit ↑Lösemitteln ergibt. Bei warmen oder heißen Lösemitteln können deren Dämpfe nach oben steigen und dort eine A. erforderlich machen. Sie stellt im Rahmen der techn. ↑Lüftung eine Maßnahme zur Vermeidung weiträumig ausgedehnter ↑Ex-Atmosphäre dar.
Boden-A., wichtiger Bestandteil des ↑Explosionsschutzes. Sie sollte stets mit einer Objekt-A. kombiniert werden; Letztere hat Vorrang.
Abscheidung, ↑Stoffseparation, ↑Nutzanwendung
Abschirmung. Bei elektr. leitfähigen Materialien (z.B. auch bei Polymeren mit Zusatz von Leitfähigkeits-Ruß (↑Kohlenstoff)) wird der A.-Effekt für ↑elektromagnet. Strahlung vorwiegend durch ↑Wirbelstromverluste herbeigeführt, d.h. mit zunehmender Leitfähigkeit steigt die ↑Absorption. Bei ferromagnet. Materialien (z.B. auch bei Polymeren mit Zusatz von Stahlfasern) und auch bei ferroelektr. Materialien (z.B. auch bei Polymeren mit Zusatz von Bariumtitanat) kommt es zu Hystereseverlusten, eine breite Hysteresekurve bedeutet hohe Absorption. Die absorbierte Strahlungsenergie wird im Absorber entweder in Wärme umgewandelt (Absorptionswärme) oder zur Anregung von Atomen bzw. Molekülen verbraucht.
Die Abb. zeigt die Absorption einer elektromagnet. Strahlung durch ein abschirmendes Wandelement (Reflektionsdämpfung), doch ohne Berücksichtigung des Brechungseffektes.
A. bei Messungen an hochohmigen Systemen (Widerstand > GΩ) können Störpotentiale im Messkreis durch elektr. bzw. magnet. Felder aus der Umgebung entstehen und das Messergebnis verfälschen. Elektr. Felder, z.B. von aufgeladenen Personen, wirken durch ↑Influenz. Falls im Messkreis magnet. Felder auftreten, wird durch ↑Induktion ein Störpotential erzeugt. Schutz vor elektr. Fremdfeldern lässt sich durch elektr. leitfähige A. erreichen (↑Faraday-Käfig). Der Einfluss von magnet. Feldern wird durch kleine Querschnittsflächen des Messkreises für Magnetfeldlinien bzw. durch weichmagnet. A.-Werkstoffe (↑Permalloy) gemindert.
Die A.-Wirkung wird im Messgerät ICM-2 vom Sächsischen Textilforschungsinstitut e.V., Chemnitz (STFI) zur Bestimmung der elektrostat. ableitfähigen Eigenschaften von Schutzkleidungstextilien oder ähnlichen flächigen Gebilden genutzt. [DIN EN 1149-3], [SE Abschn. 3.14.2]
Abschlusswiderstand, verhindert am Ende einer offenen Hochfrequenz (HF)-Leitung Reflexionen, die in die Leitung zurückwirken. So sollten z.B. abgeschirmte HF-Leitungen mit einer Impedanz von 50 Ω mit einem Wellenwiderstand von 50 Ω abgeschlossen werden, sodass der Reflexionsfaktor null ist.
absolute Luftfeuchte, ↑Luftfeuchte
absolute Temperatur, ↑Temperatur, ↑Kelvin [K]
absoluter Fehler, Differenz zwischen dem „wahren“ Wert und dem Messwert. Falls der wahre Wert nicht bekannt ist, tritt an seine Stelle der Mittelwert einer größeren Anzahl von Messwerten. (↑Messgenauigkeit, ↑Messfehler)
Absorption, (lat. absorbere, „aufsaugen“), Aufnahme von Gasen (Dämpfen) in Feststoffen oder Flüssigkeiten und anschließende gleichmäßige Verteilung im Innern des Absorbers. Die A. steigt mit sinkender Temperatur des Absorbers und steigendem Druck des Gases. Entsprechend kann vice versa Gas oder Flüssigkeit vom Absorber wieder freigesetzt werden (↑Desorption). Dabei kommt es zur ↑Hysterese, d.h. der Absorber „erinnert“ sich an seinen Ausgangszustand. Die A. von Wasserdampf aus der Atmosphäre hat bei ↑hygroskopischen Materialien einen großen Einfluss auf deren elektrostat. Eigenschaften, z.B. den Oberflächenwiderstand (↑Feuchtigkeit, ↑Wasseraktivität).
dielektrische A., beschreibt den Relaxationseffekt eines Dielektrikums im starken elektr. Feld. In Kondensatoren zeigt sie sich als eine nach dem Entladen (Kurzschließen) wiederkehrende Spannung (Nachladeeffekt) und in einem langsam abnehmendem Leckstrom bei frisch angelegter konstanter Spannung. Dieser Effekt kann besonders bei Elektrolytkondensatoren beobachtet werden, der meist auch elektrochem. Ursachen haben kann. Der Nachladeeffekt kann bei Leistungskondensatoren erhebliche Gefahren verursachen, daher sind diese stets kurzgeschlossen zu lagern und zu transportieren.
A. von Strahlung, Abschwächung der Leistung ↑elektromagnet. Strahlungen beim Durchgang von Materie (↑Abschirmung) und dabei Umwandlung in Wärme. Bei der A. erfolgt im Allgemeinen eine exponentielle Abnahme der eingestrahlten Leistung mit zunehmender Schichtdicke.
A.-Dämpfung. Bei der A. von Strahlung stellt die Materialstärke einen wesentlichen Faktor dar. Da sich aber wegen des ↑Skin-Effektes hochfrequente Ströme hauptsächlich an der Oberfläche ausbreiten, tritt mit steigender Frequenz der Einfluss des gesamten Materialquerschnitts auf die A. elektromagnet. Strahlung gegenüber dem oberflächennahen Bereich zurück.
A.-Methodezur Bestimmung der absoluten Luftfeuchte: Die zu prüfende Luft wird über Kalziumchlorid (CaCl2) geleitet. Dabei wird der Luft das enthaltene Wasser durch A. entzogen. Die Luftmenge wird mit einem Durchflussmesser und die absorbierte Wassermenge mit einer Waage (Gewichtszunahme des Kalziumchlorids) bestimmt; daraus folgt die absolute Luftfeuchte in [g/m3].
Abstandsgesetz
Bei einer punktförmigen Strahlungsquelle nimmt die Strahlungsleistung am Einstrahlungsort mit dem Quadrat des Abstandes ab. Bei realen Strahlungsquellen gilt das A. nur im ↑Fernfeld.
Bei Magnetpolen verringern sich die anziehenden (ungleichnamige Pole) bzw. abstoßenden (gleichnamige Pole) Kräfte mit dem Quadrat des Abstandes der magnetisierten Körper.
Bei elektr. Ladungen verringern sich die anziehenden (ungleichnamige Ladungen) bzw. abstoßenden (gleichnamige Ladungen) Kräfte mit dem Quadrat des Abstandes der elektr. geladenen Körper (↑Coulomb’sches Gesetz).
Abstoßung (elektrische), gleichsinnig elektr. geladene Körper stoßen einander ab (↑Abstandsgesetz 3, ↑Coulomb’sches Gesetz).
AC, Abk. für engl. alternating current, Kurzzeichen für („↑Wechselstrom“)
AC-Entladung, ↑Ionisator
Adhäsion, Anhaften zweier Stoffe oder Körper aufgrund der bei hinreichend kleinem Abstand wirksam werdenden ↑Molekularkräfte (↑Elektroadhäsion).
ADR, Abk. für franz. Accord relatif au transport international des marchandises Dangereuses par Route, („Übereinkommen über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße“), ↑Gefahrgut
Admittanz, ↑Wechselstromgröße
Adsorption, stellt im Gegensatz zur ↑Absorption die Aufnahme und Bindung von Gasen (Dämpfen) nur an der Oberfläche eines Feststoffes dar, unter sonst vergleichbaren Wechselwirkungen wie bei der Absorption.
Physisorption: Bindung von Molekülen durch ↑Van-der-Waals-Kräfte ohne Veränderung dieser.
Chemisorption: Bindung durch chem. Kräfte (Reaktion), die die Moleküle verändern können.
A. ist abhängig von
der chem. Natur des Adsorbens,
der chem. Natur des Adsorptivs (durch selektive A. können z.B. nur Teile davon adsorbiert werden,
der Struktur der Oberfläche (flächenspezif. A.),
dem umgebenden Druck und der Temperatur,
von der Gegenwart anderer Adsorptive.
[Wedler, G., Freund, H.-J. (2018)]
Aerosil®, feinstverteiltes Siliziumdioxid (SiO2), umgangssprachlich als Kieselsäure bezeichnet, mit Teilchengrößen im nm-Bereich, das überwiegend als Füllstoff verwendet wird. A. ist wegen seiner großen spezif. Oberfläche außerordentlich wirksam im Hinblick auf elektrostat. Aufladungsvorgänge. So können bereits Promilleanteile von A. in isolierenden Flüssigkeiten infolge Grenzflächenvergrößerung zu einer um Größenordnungen höheren Aufladung führen. Andererseits kann an Feststoffoberflächen angelagertes A. Aufladungseffekte dadurch verringern, dass großflächig berührende Oberflächen auf Abstand gehalten werden (↑Aufladung).
Aerosol, (lat. solutus, „aufgelöst“), Bezeichnung für ein Gas (insbesondere Luft), das feste oder flüssige Schwebstoffe (Ø 10-9–10-4 m), z.B. Rauch, Nebel, Kohlensäureschnee (↑Elektroaerosol), enthält (↑Suspension). A. haben als Kondensationskeime eine wichtige Rolle im Wettergeschehen. Die gezielte künstliche Erzeugung von A. (z.B. Ölnebel für Verbrennungsvorgänge) kann auch durch elektrostat. ↑Atomisation (↑Nutzanwendung) bewirkt werden. A. werden z.B. zu Inhalationen und zur Schädlingsbekämpfung verwendet. Elektrostat. aufgeladene A. können Gasaufladungen vortäuschen (↑Gas).
A.-Abscheider, ↑Stoffseparation
Aerosol-Luft-Gemisch. Wesentlichen Einfluss auf die Ausbildung eines explosionsfähigen A-L-G. hat die Art und Weise, wie das ↑Aerosol erzeugt wird. Die Ergebnisse hängen sehr stark von den Tropfengrößen und von deren Verteilung (lokale Konzentration) ab. Für Aerosole mit Tropfendurchmessern < 20 µm ist davon auszugehen, dass es Kenngrößen aufweist, die den zugehörigen Gasen/Dämpfen entsprechen. (↑Explosionsgefahr). [Hesener, U., Kampe, B. et al. (2017)]
Agglomeration, (lat. agglomerare, „aneinanderdrängen“), loses ↑Anhaften von Feststoffteilchen (↑Primärteilchen) aneinander, häufig verursacht durch elektrostat. Anziehungskräfte (Anstreben minimaler Oberflächenenergiezustände).
Aggregat, (lat. aggregare, „aufhäufen“), verwachsener Verband von flächig aneinandergelagerten Teilchen, dessen Oberfläche kleiner als die Summe der Oberflächen der ↑Primärteilchen ist.
Aggregation, lockerer, energiearmer Verband von ↑Ionen oder ↑Molekülen.
Aggregatzustand, beschreibt die durch Druck und Temperatur bedingten Zustandsformen eines Stoffes: fest − flüssig − gasförmig (↑Sublimation). Bei Änderung des A. werden stets beträchtliche Energien freigesetzt bzw. aufgenommen. In elektrostat. Hinsicht können die Übergänge eines Stoffes von einem A. in einen anderen zu elektr. Aufladungen und Änderungen der Leitfähigkeit führen.
Airbag, Schutzeinrichtung in Fahrzeugen in Form eines außerordentlich rasch aufblasbaren Luftkissens. In mehreren Fällen hat elektrostat. Aufladung (↑Aufladung bei Personen), z.B. beim Aussteigen aus dem ↑Automobil, zu Fehlauslösungen von A. geführt. Ursache war meistens eine unzureichende oder fehlende Erdung metallener Teile des A.-Gehäuses (insbesondere im Lenkrad), woraus durch ↑Influenz oder ↑ESD Fehlauslösungen der Zündelemente resultierten.
Akkumulator, Speicher für elektr. Energie, wobei ↑Lithium-Ionen-A. gegenwärtig den Markt bestimmen. Während der Ladung mit Gleichstrom, erfolgt eine elektrochem. Umwandlung, die bei der Entladung reversibel verläuft. Der Entladestrom fließt entgegengesetzt der Ladestromrichtung. Die Ladespannung ist höher als die Entladespannung.
Die z.B. von einem Blei-A. bei der Aufladung aufgenommene Amperestundenzahl kann zu 90 % wieder entnommen werden; dagegen ist der auf die Wattstundenzahl bezogene Wirkungsgrad < 75 %. Die Entladespannung einer Zelle liegt etwa zwischen 1 bis zzt. 3 V. Durch die Reihenschaltung von vielen Zellen entstehen A. mit Spannungen von über 100 V (↑Kapazität, ↑Kondensator).
aktive Entladeelektrode, ↑Ionisator
aktiver Ionisator, ↑Ionisator
aktives Teil, Bezeichnung für jeden Leiter oder jedes leitfähige Teil, das dazu bestimmt ist, bei ungestörtem Betrieb unter Spannung zu stehen, einschließlich des Neutralleiters, aber vereinbarungsgemäß nicht des ↑PEN-Leiters. [Normenreihe DIN VDE 0100]
Akzeptor, ↑Fremdatom im Halbleiter, das ein bewegliches ↑Defektelektron im ↑Valenzband hervorruft. Als A. werden auch Materialien bezeichnet, die eine hohe ↑Elektronenaustrittsenergie haben und daher bei Kontakt Elektronen von Materialien aufnehmen, deren Austrittsenergie niedriger ist (↑Aufladung).
Alphastrahlung, bei radioaktivem Zerfall (z.B. von Polonium Po210) entstehende Teilchenstrahlung, die identisch mit 2fach positiv geladenen Heliumkernen ist. Da A. von allen Kernstrahlungen die höchste Ionisierungsdichte aufweist, wurde sie häufig als ↑Ionenquelle zur Beseitigung störender elektrostat. Aufladungen verwendet oder zur Messung elektrostat. Felder mit Radium Ra226 (wird heutzutage aus Sicht des Strahlenschutzes [StrlSchV] nicht mehr akzeptiert). Unter atmosphärischen Bedingungen werden bei einer Strahlungsenergie von 1 MeV (↑Elektronenvolt) von ↑Alphastrahlung 6000, von ↑Betastrahlung 800 und von ↑Gammastrahlung 40 Ionenpaare/mm erzeugt. A. ist z.B. mit Papier leicht abzuschirmen.
Aluminiumpulver. Das u.a. bei Fertigungsprozessen entstehende A. reagiert sehr schnell mit dem Luftsauerstoff und bekommt so ein dünne isolierende Oxidschicht (↑Keramik). Dadurch kann es sich sowohl in isolierenden oder isoliert beschichteten als auch in geerdeten leitfähigen Anlagen gefährlich aufladen. (↑Leichtmetall)
aluminothermische Reaktion, stark exotherme ↑Reaktion (Temperaturen > 2000°C): 2Al + Fe2O3 → 2Fe + Al2O3. Jede Art von Aluminium auf einer rostigen Fläche aus Eisen stellt eine potenzielle ↑Zündquelle dar. [SE Abschn. 4.8.6]
amorph, beschreibt strukturlose Festkörper, Gegensatz: ↑kristallin.
Ampere, nach A.M. ↑Ampère benannte ↑SI-Einheit [A] der elektr. Stromstärke I. Die seit 1948 gültige Definition des A. über die Lorentz-Kraft wurde 2019 ersetzt. Es ist nun definiert, indem für die Elementarladung e der Zahlenwert 1,602 176 634 ∙ 10–19 festgelegt wird, ausgedrückt in der Einheit ↑Coulomb [C], die gleich Amperesekunde [As] ist.
Ampère, André Marie (1775−1836), Physiker in Frankreich, beeinflusste die Physik des 19. Jh. entscheidend durch seine Untersuchungen über den Zusammenhang zwischen den elektr. und magnet. Erscheinungen (↑Ampère’sches Gesetz).
Ampère’sches Gesetz, von A.M. ↑Ampère empirisch gefundene Gesetzmäßigkeiten zur Wechselbeziehung zwischen elektr. Strom und Magnetfeld.
Amperemeter, ↑Strommessgerät. Da die ↑Elektrostatik ein Stromsystem ist, kommt der Messung des Stromes die größere Bedeutung zu, allerdings nur in den Größenordnungen < 1 µA. So sind häufig ↑Pico-Amperemeter die Basisgeräte, z.B. zur Messung von hochohmigen Widerständen und elektr. Ladungen (↑Influenz-Elektrofeldmeter als Pico-Amperemeter).
Amperesekunde, Einheit [As] der ↑Ladung Q
Amplitude, (lat. amplitudo, „Größe, Weite“), die größte Schwingungsweite, die der Betrag eines periodisch veränderlichen Ablaufs annehmen kann, z.B. das Spannungsmaximum der Netzspannung (↑Scheitelwert).
Analyse, (griech. analysis, „Auflösung“), Zergliederung eines Ganzen in seine Teile. Häufig lassen sich erst durch chem. Analysen die Wechselwirkungen von ↑Antistatika mit dem Werkstoff und seiner Umgebung aufklären.
anerkannte Regel der Technik, ↑Stand der Technik
Anfangsleitfähigkeit. Nach Anlegen der Messgleichspannung an einen Probekörper von hohem elektr. Widerstand nimmt der Messstrom asymptotisch gegen einen Grenzwert ab. Dies wird durch dielektrische ↑Polarisation und/oder Ionenwanderung zu den Elektroden verursacht (↑Elektrolyse). Diese Stromverringerung bis zum endgültigen Messwert kann Sekunden, aber auch Wochen dauern. Nach Umpolen der Messspannung kann der Messstrom bis zum 2fachen des ursprünglichen Anfangsstroms betragen. Daher müssen ↑Widerstandsmessungen an Isolierstoffen stets mit Gleichspannung vorgenommen und die Messzeiten angegeben werden.
Anfangsspannung, ↑Gasentladung, ↑Durchschlagspannung
angeregter Zustand, Zustand eines (mikro)-physikal. Systems (z.B. Molekül, Atom) mit einer höheren Energie als es seinem energetischen Grundzustand entspricht. Unter Emission von ↑Photonen erfolgt innerhalb kürzester Zeit die Rückkehr in den Grundzustand (↑Gasentladung).
Anhaften. Für das A. von Teilchen aneinander kommen Bindungen entweder mit Materialbrücke (Klebstoff, Sinterung, Flüssigkeit) oder mit einem der folgenden drei Mechanismen in Betracht:
↑Van-der-Waals-Kräfte (↑Molekularkräfte, ↑Adsorption)
formschlüssiges Haften infolge Verhakens von Material bei entsprechenden Oberflächenstrukturen
↑Coulombkräfte zwischen gegensinnig aufgeladenen Teilchen, die sich anziehen. Nur sie sind für das elektrostat. A. verantwortlich. (↑Nutzanwendung)
Ein aufgeladener Gegenstand in der Nähe eines ↑Leiters kann dort eine gegenpolige ↑Influenzladung hervorrufen, durch die er angezogen und festgehalten wird (↑Anschmutzung, ↑Bildladung). Diese Anhaftkräfte lassen sich u.a. zur zeitweiligen ↑Befestigung isolierender Gegenstände auf leitfähigen Unterlagen nutzen.
A. einer Beilage (Druckindustrie), einer Schmelzfahne (Folienherstellung), eines Etikettes in der Spritzgießform: ↑In-Mould-Labelling
Anion, negativ geladenes atomares bzw. molekulares Teilchen (↑Ion), das in einem elektr. Feld eine Kraftwirkung zur positiven Elektrode hin erfährt. Gegenstück: ↑Kation.
Anode, positive Elektrode (z.B. in Gasentladungsröhren), an der die negativen Ladungsträger (↑Anion) aufgenommen werden.
Anodenfall, starker Spannungsabfall an der Anode bei ↑Gasentladungen. Dessen Betrag liegt i.d.R. bei > 10 V und damit beim Betrag der Ionisierungsspannung, die von der Art des Gases abhängig ist, in dem das ↑Plasma entsteht. A. wird durch negative Raumladung kurz vor der Anode verursacht und die räumliche Ausdehnung ist nahezu druckunabhängig. (↑Kathodenfall), [Dzur, B. (2011)]
Anpassung, Betriebszustand für ein elektr. System, um eine ↑Spannungsquelle optimal zu nutzen (Schaltbild). Unterschieden werden Strom-, Spannungs- und Leistungs-A. mit folgenden Randbedingungen:
max. Strom: Ra < Ri, max. Spannung: Ra > Ri, max. Leistung: Ra = Ri
In Hochfrequenzsystemen bezieht sich die A. auf eine gleichbleibende Impedanz (↑Wechselstromgröße) von der Quelle bis zur Senke eines Signalsystems. Dabei kann jede Stelle des Signalverlaufs bezüglich ihrer Impedanzänderung betrachtet werden. In der Praxis geschieht dies aber nur an techn. bedingten Übergängen von Bauteil zu Bauteil (z.B. Kabel zu Stecker) im Signalverlauf.
Die gängigste Impedanz in Hochfrequenzsystemen ist 50 Ω. Die Impedanz beschreibt das Verhältnis der Magnituden von elektr. zu magnet. Komponente der fortlaufenden Signalwelle. Nur wenn das Signal auf seinem Weg immer diese Impedanz antrifft, wandelt sich mit dem entsprechenden Phasenversatz immer die gesamte elektr. Komponente in die magnet. Komponente um und wieder zurück und schreitet so an seinem Signalpfad entlang fort. Vernachlässigt man rein ohmsche Verluste der Leitung, so misst man also an jeder Stelle des Signalwegs den gleichen Pegel des hochfrequenten Signals (↑Ladungstransfer-Messung).
Bei nicht idealer A. an einer bestimmten Stelle, ist es einer der beiden Komponenten des Signals nicht möglich, sich völlig in die andere Komponente umzuwandeln, da die geänderte Impedanz plötzlich auch ein geändertes Verhältnis von elektr. zu magnet. Komponente erzwingt. Der nicht umwandelbare Anteil der betroffenen Komponente wird jedoch nicht einfach vernichtet, sondern wird in Richtung seiner Quelle reflektiert und erzeugt einen Wellenanteil, der sich mit der hinlaufenden Hauptwelle überlagert. Da sich die hin- und rücklaufende Welle mit der gleichen Geschwindigkeit auf derselben Leitung in entgegengesetzter Richtung bewegen, ergibt sich zwischen der Quelle und der nicht angepassten Stelle ein Muster aus beiden Wellen in Form einer stehenden Welle. In dem Maß, in dem die A. an der betrachteten Stelle nicht ideal ist, d.h. in dem Verhältnis, in dem die geänderte Impedanz von der Quellimpedanz abweicht, entsteht ein Unterschied zwischen Wellenmaxima und -minima der stehenden Welle auf der Leitung. Bei einem Kurzschluss oder einem offenen Leitungsende kommt es zu einer Totalreflexion des Signals an dieser Stelle und einer Stehwelle mit Minima von der Magnitude null (Stehwellenverhältnis). Wird die Spannungsamplitude über der Leitung als Größe herangezogen, heißt es Spannungsstehwellenverhältnis oder VSWR (voltage standing wave ratio). Dieser Wert wird am häufigsten bei HF-Bauteilen im Datenblatt angegeben, um die Genauigkeit des Bauteils bezüglich der Einhaltung der Nennimpedanz, sprich seiner A., innerhalb des Betriebsfrequenzbereichs zu kennzeichnen.
Anschluss, Teil eines Gerätes, das die Verbindung zu äußeren elektr. Leitungen ermöglicht, auch Schnittstelle eines Betriebsmittels mit der äußeren elektromagnet. Umgebung (↑Elektromagnetische Verträglichkeit).
fester A. einer Leitung, unmittelbare Verbindung mit einem elektr. Betriebsmittel durch Schrauben, Löten, Schweißen, Pressen oder dgl. [DIN VDE 0100-200]
Anschmutzung. Im Gegensatz zu mechan. A. schmutzen elektrostat. aufgeladene Gegenstände stärker an als nichtaufgeladene. Dabei ist von untergeordneter Bedeutung, ob die anschmutzenden Partikel (↑Aerosol) leitfähig oder isolierend sind und ob sie Ladungen tragen oder nicht. Das von einem aufgeladenen Gegenstand ausgehende elektr. Feld verschiebt stets in jedem eingebrachten Partikel die positiven und negativen Ladungen gegeneinander. In leitfähigen Teilchen werden sie infolge ↑Influenz bis an die Oberfläche verschoben, in isolierenden − deren ↑Permittivität entsprechend (εr > 1) − im Inneren verlagert und als ↑Dipole aneinandergereiht (↑Polarisation). Partikel mit derart verschobenen Ladungen erfahren stets eine Kraftwirkung zu Orten höherer Feldstärke (↑Coulombkraft), d.h. zum aufgeladenen Gegenstand hin und werden dort angelagert (↑Staubfiguren).
Besondere Probleme kann das in Einrichtungen des Gesundheitswesens und bei Lebensmittelherstellung und -vertrieb bereiten [DIN EN IEC 61340-6-1].
Ansprechstrom, festgelegter Wert des Stromes, der eine Schutzeinrichtung innerhalb einer festgelegten Zeit, der sog. „vereinbarten Zeit“, zum Ansprechen bringt. [DIN VDE 0100-200]
Anstiegszeit, Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten, an denen der Augenblickswert eines Impulses (↑ESD) zuerst den 10 %-Wert und dann den 90 %-Wert erreicht.
Antenne, Gerät in der Elektrotechnik, mit dem ↑elektromagnet. Strahlungen empfangen oder abgestrahlt werden können. Die Bauform von A. entscheidet darüber, wie empfindlich und wirksam eine A. in eine bestimmte räumliche Richtung (Antennengewinn) oder Lage (Polarisation) ist (↑Funkennachweisgerät, ↑Gasentladung).
Antikoinzidenzschaltung, Schaltung, die nur dann einen Ausgangsimpuls liefert, wenn nur an einem definierten Eingang ein Signal auftritt. Kommt es gleichzeitig auch an anderen Eingängen zu Signalen, so wird kein Ausgangsimpuls durchgeschaltet.
Antimisting, (engl. misting, „beschlagen“), Unterdrückung von Partikelnebel bei ↑Beschichtungs-Prozessen, Form der ↑Nutzanwendung, bei der Partikel-tröpfchen gezielt aufgeladen und an einer gegenpolig geladenen Fläche niedergeschlagen werden. [SE Abschn. 8.2.11]
Antimisting agents, (engl., „Antibeschlagmittel“), chem. Zusatz zu Beschichtungsstoffen, der bei hohen Materialbahn- und Umfangsgeschwindigkeiten von Walzen die Entstehung von sich lösenden, unerwünschten Partikeln verhindern soll.
Anti-neck-in, ↑Randzonenfixierung, ↑Chill-Roll
Antistatika, sollen die elektrostat. Aufladung von Isolierstoffen verhindern oder herabsetzen (↑antistatisch). A. basieren überwiegend auf dem Prinzip der ↑Ionenleitung. Aus der Erkenntnis, dass bereits eine aus wenigen Moleküllagen bestehende Wasserschicht an der Oberfläche eines Objektes zur Vermeidung störender oder gefährlicher Aufladungen ausreicht, werden ↑hydrophile und/oder grenzflächenaktive Stoffe (Netzmittel) als A. verwendet. Von A. wird erwartet, dass sie einerseits an der Isolierstoffoberfläche haften und andererseits dort eine wasseranziehende neue Oberfläche bilden. Die Qualität von A. wird danach beurteilt, wie dauerhaft sie auf dem Isolierstoff haften und inwieweit es ihnen gelingt, auch bei geringer Luftfeuchte noch so viele Wassermoleküle zu binden, dass der spezif. Oberflächenwiderstand einen Wert von etwa 1 TΩ nicht überschreitet.
A. lassen sich in solche einteilen, die erst nach Fertigstellung des Isolierstoffteils auf die Oberfläche gebracht werden, z.B. durch Besprühen oder Eintauchen, und in andere, die dem Polymer bereits vor der Verarbeitung zugemischt werden. Letztere migrieren nach Fertigstellung des Kunststoffteils erst nach entsprechender Lagerzeit an die Oberfläche und erlangen dort ihre Wirkung.
Die Wirksamkeit zugemischter A. ist im Allgemeinen dauerhafter als die von nachträglich aufgebrachten. Zwar werden alle antistat. Oberflächenschichten im Lauf der Zeit durch Reinigung, Diffusion usw. in ihrer Wirkung nachlassen, doch bei zugemischten A. können diese aus dem Materialinneren an die Oberfläche nachdiffundieren. Die Langzeitwirkung hängt weitgehend vom A.-Vorrat und damit von dem Verhältnis Oberfläche zu Volumen ab: Lange Wirksamkeit bei dickwandigen Formteilen, hingegen nur kurze bei dünnen Folien. Zugemischte A. können neben Veränderungen der mechan. Eigenschaften auch die optischen Qualitäten (Transparenz, Glanz, Farbe) beeinträchtigen.
Als A. eignen sich grundsätzlich alle grenzflächenaktiven Stoffe (Tenside), u.a. Polyglykolether, Alkylsulfate, quartäre Ammoniumverbindungen usw. Für synthetische Fasern sollten A. eine möglichst gute Waschbeständigkeit aufweisen; sie werden daher der Chemiefaser häufig schon bei der Herstellung hinzugefügt.
Die Wirksamkeit von A. sollte stets durch Messungen bestätigt und überwacht werden. Die gelegentlich geübte Praxis, bereits allein durch einen bestimmten prozentualen Zusatz eines A. die für ein Material zugesicherte ↑Ableitfähigkeit zu erzielen, hat sehr zu Zweifeln an der Zuverlässigkeit von A. beigetragen. Die Nebenwirkungen von A., wie z.B. Erschweren von Kaschieren und Bedrucken, können durch ↑Coronavorbehandlung und ↑Abglimmen beseitigt werden.
A. in Flüssigkeiten. Beim Strömen durch Rohre, beim Rühren, Pumpen, Filtrieren oder anderen Manipulationen können sich Flüssigkeiten mit niedriger oder mittlerer ↑Leitfähigkeit (< 10000 pS/m) aufladen. Durch Zugabe von A. im ppm-Bereich kann eine hinreichende Leitfähigkeit zur sicheren Handhabung erlangt werden. A. stellen dabei Ionen für die Leitfähigkeit bereit (↑Aufladung).
antistatisch, diese Eigenschaft ist nicht definiert, wird jedoch umgangssprachlich verwendet. Er soll die Eigenschaft beschreiben, elektrostat. Aufladungen zu verringern oder zu vermeiden. Wegen der Vielfalt der Produkte ist dafür keine allg. verbindliche Definition (z.B. über den elektr. Widerstand) möglich. Da der Begriff a. nicht mit einem Grenzwert verknüpft ist, sollte er bei sicherheitstechn. Fragestellungen nicht gebraucht werden (↑astatisch, ↑Antistatika). [TRGS 727 Abschn. 2.13]
Antriebsriemen, Keil- bzw. Flachriemen, der dem Antrieb rotierender Teile dient. Infolge der kontinuierlichen Trennung zwischen A. und Riemenscheibe kann es zu so hohen elektrostat. Aufladungen kommen, dass Zündgefahr für eine Ex-Atmosphäre in der Umgebung besteht (↑Riemenelektrizität). Die Höhe der Aufladung ist durch die elektr. Werte der Werkstoffe von Riemen und Scheiben bedingt und steigt mit der Riemengeschwindigkeit, der Riemenspannung und mit der Breite der Berührungsfläche an. A. sollen daher nicht in der ↑Ex-Zone 0 verwendet werden. Für einen sicheren Betrieb in der Zone 1 sind Grenzwerte für die Geschwindigkeit und den elektr. Widerstand von A. und deren Riemenscheiben festgelegt. [TRGS 727 Abschn. 3.5]
Anziehung, (engl. electrostatic attraction – ESA), ungleichnamige elektr. geladene Körper ziehen einander an (↑Abstandsgesetz 3, ↑Coulomb’sches Gesetz).
Applikation, partielles oder flächiges Auftragen von Partikeln oder Beschichtungsstoffen, wird unter Nutzung elektr. Feldkräfte mit steigender Tendenz, z.B. bei ↑Kopierverfahren, Ausbringen von ↑Pflanzenschutzmitteln usw., angewendet (↑Beschichtung, ↑Nutzanwendung).
Appretur, Sammelbezeichnung in der Textiltechnik für finale Veredelung, die Ware nach ihrer Herstellung mit bestimmten Eigenschaften auszustatten (↑Ausrüstung).
Äquipotentialfläche, (lat., „Niveaufläche“), Fläche gleichen (zeitlich konstanten) Potentials in einem ↑Feld, das als Potentialgradient darstellbar ist. Sie entsteht durch die Verbindung aller Raumpunkte, die sich auf gleichem Potential befinden. Definitionsgemäß stehen Feldlinien stets senkrecht auf einer Ä.
In der Elektrostatik stellt jede Leiteroberfläche eine Ä. dar. Die Ä. einer Punktladung sind Kugeloberflächen mit der Ladung als Kugelmittelpunkt. Wird ein Teilchen auf einer Ä. verschoben, so resultiert daraus weder eine Aufnahme noch eine Abgabe von Energie.
Die Abb. zeigt in zweidimensionaler Darstellung die Ä. zwischen zwei zylinderförmigen Elektroden, die sich zu ihrer Umgebung auf Potentialen von +30 V bzw. -30 V befinden. Die Potentialunterschiede zwischen den einzelnen Linien sind mit jeweils 5 V festgelegt. (↑Rogowski-Profil)
Äquipotentiallinien, geben eine zweidimensionale Darstellung des Potentialverlaufs. Die Abb. zeigt die Ä. (gestrichelt) und die dazu konstruierten Feldlinien (durchgezogen) zwischen einer positiv aufgeladenen Zylinderelektrode und einer geerdeten ebenen Fläche. Da die Elektrode und die geerdete Fläche leitfähig sind, stellen sie die Bezugs-Ä. dar. Zwischen ihnen lassen sich − je nach gewählter Auflösung − entsprechend viele Ä. darstellen.
Äquivalentenergie W, von N. Gibson eingeführter Begriff, dass eine ↑Gasentladung die Ä. hat, wenn sie gerade beginnt, ein explosionsfähiges Gemisch zu entzünden. Sie ist nur in diesem Zusammenhang und nur für ein definiertes Gemisch zu betrachten. Die ↑Zündfähigkeit explosionsfähiger Gemische wird über ihre ↑MZE mittels einer Funkenentladung mit der Energie W quantifiziert. Den elektrostat. Gasentladungen lassen sich Zündenergiewerte nur sehr bedingt zuordnen, weil die Definition von ↑Energie keinen Rückschluss darauf ermöglicht, wie sie freigesetzt wird, denn hierzu sind weder Volumen noch Zeit spezifiziert. [Gibson, N., Lloyd, F. (1965)]
Arbeit, ↑Energie
Arbeitsfreigabeschein. Müssen Arbeiten in gefährdeten Bereichen (z.B. explosions-, strahlungsgefährdet) durchgeführt werden, so sind durch den Unternehmer vor Beginn der Arbeiten die entsprechenden Maßnahmen zur Gefahrenabwendung im Rahmen eines Arbeitserlaubnisverfahrens schriftlich in einem A. festzulegen. Dieser kann z.B. erforderlich sein, wenn in einem ↑Ex-Bereich Elektrostatikmessungen durchzuführen sind (↑Freimessen).
Arbeitskleidung, ↑persönliche Schutzausrüstung
Arbeitsmittel, Werkzeuge, Geräte, Maschinen oder Anlagen müssen so gestaltet sein, dass eine gefährliche elektrostat. Aufladung vermieden oder begrenzt wird. Ist dies nicht möglich, müssen sie mit Einrichtungen zum Ableiten solcher Aufladungen ausgestattet sein (↑BetrSichV).
Arbeitsplatzgrenzwert (AGW), in der [TRGS 900] (↑GefStoffV) genannte verbindliche Grenzwerte für die zeitlich gewichtete durchschnittliche Konzentration eines Stoffes in der Luft am Arbeitsplatz in Bezug auf einen gegebenen Referenzzeitraum. Der AGW gibt an, bis zu welcher Konzentration eines Stoffs akute oder chronische schädliche Auswirkungen auf die Gesundheit von Beschäftigten im Allgemeinen nicht zu erwarten sind. Er ist der Schichtmittelwert bei in der Regel täglich 8-stündiger Exposition an fünf Tagen pro Woche während der Lebensarbeitszeit. Expositionsspitzen während einer Schicht sind entsprechend [TRGS 402] zu behandeln. [IFA Report (5/2020)]
Da der AGW durchweg um Größenordnungen niedriger liegt als die untere ↑Explosionsgrenze (UEG), z.B. bei Lösemitteln, stellt sich die Frage, ob in der ↑Ex-Zone 1 ohne Atemschutz gearbeitet werden darf. Mitunter ist es angebracht, großzügig als Zone 1 ausgewiesene Bereiche in die Zone 2 umzuwandeln. Das hat im Hinblick auf Gefahren infolge elektrostat. Aufladungen noch den Vorteil, dass die entsprechenden ↑Schutzmaßnahmen entfallen können.
Gem. dem IFA Report ist für elektrostat. Felder ein Maximalwert der Feldstärke Ee ≤ 2,82 ∙ 104 V/m festgelegt.
Arbeitsplatzoberfläche. In Schutzzonen für die Montage elektrostat. gefährdeter Bauelemente (↑EGB) wird die A. an den ↑Potentialausgleich angeschlossen. Sie soll einen spezif. Oberflächenwiderstand zwischen 100 kΩ und 1 GΩ aufweisen.
Arbeitsschutzkleidung, ↑persönliche Schutzausrüstung
Arbeitsschutzvorschriften. Nach allg. Verständnis zählt man zu A. die staatlichen Bestimmungen (Gesetze und Verordnungen) und die Unfallverhütungsvorschriften der Berufsgenossenschaften. Die A. sind in der ↑BetrSichV zusammengefasst.
Arbeitsspannung, höchste auftretende Spannung (Effektivwert) an isolierten Metallteilen elektr. Geräte. [DIN EN 61010-1]
Arbeitsstättenverordnung [ArbStättV], i.d.F. vom 19.6.2020 dient der Sicherheit und dem Schutz der Gesundheit der Beschäftigten beim Einrichten und Betreiben von Arbeitsstätten. Adressat ist der Arbeitgeber, der dafür zu sorgen hat, dass von der Arbeitsstätte keine Gefährdung für die Beschäftigten ausgeht und verbleibende Gefährdungen möglichst geringgehalten werden. Dort gibt es keinen Bezug zur Elektrostatik.
Armatur, (lat. armare, „ausrüsten“), Bauteil zum Verändern und Steuern von Stoffströmen. Falls sie innen mit isolierenden Materialien (z.B. PTFE) ausgekleidet ist, kann sie von durchströmenden Medien gefährlich aufgeladen werden. Im geschlossenen System kann der Einsatz gefahrlos erfolgen, es sind jedoch zündwirksame Entladungen an der Außenseite möglich (↑Funkenentladung, ↑Gasentladung).
Sonstige leitfähige A. dürfen in ↑Ex-Bereichen nicht isoliert eingebaut werden, denn die durchströmende Flüssigkeit kann ein nicht geerdetes Bauteil aufladen und zur Funkenentladung führen.
Als A. werden auch die Verbindungs- bzw. Endstücke von ↑Schlauchleitungen bezeichnet.
Aspirationskondensator, ↑Ebert-Röhre
Aspirationspsychrometer, ↑Luftfeuchte-Messgerät
astatisch, mitunter Bezeichnung für Stoffe, die zur Vermeidung elektrostat. bedingter Störungen infolge ↑Anhaften eingesetzt werden. Der als a. bezeichnete Hilfsstoff bewirkt keine Verbesserung der Leitfähigkeit wie ein Antistatikum, sondern lediglich eine Vergrößerung des Abstandes der aufgeladenen Teile zueinander. Das wird durch extrem feinteiliges Material im nm-Bereich, z.B. hochdisperse Siliziumoxid (↑Aerosil®) oder organische Puder aus Maisstärke, erreicht, das sich an den Teilchenoberflächen anlagert. Auf diese Weise werden die Berührungsflächen reduziert (geringere Trennaufladung) und gleichzeitig die Abstände aufgeladener Oberflächen zueinander vergrößert (Verminderung coulombscher Anziehungskräfte). So lassen sich bei Schüttgütern Agglomerationen vermeiden, das Fließverhalten verbessern (niedrigere ↑Schüttkegel) und die Wandhaftung verringern. Auch bei größeren aufgeladenen Teilen, wie Folienbögen und dgl., kann so das Aneinanderhaften, z.B. beim Abheben einzelner Bögen oder auch Glasplatten von einem Stapel, vermindert werden.
asymmetrisches Reiben. Bei einem Reibvorgang zweier Stoffe gegeneinander können die aneinander geriebenen Flächen in ihrer Größe voneinander abweichen. Es kommt dabei zu einer asymmetrischen Beanspruchung der Reibpartner, z.B. in der Art, wie ein Bogen über eine Geigensaite streicht (↑Geigenbogeneffekt). [SE Abschn. 2.6]
ATEX, Bezeichnung leitet sich aus dem franz. ATmosphères EXplosibles ab.
Im EG-Recht sind Beschaffenheit (ATEX 114) und Benutzung (ATEX 137) von Arbeitsmitteln strikt getrennt. Durch die Neuordnung des nationalen Rechts der Anlagen- und Betriebssicherheit wird diese Trennung nachvollzogen.
ATEX 114 (bisher ATEX 95), Richtlinie 2014/34/EU des Europäischen Parlamentes und des Rates vom 26.2.2014 zur Harmonisierung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten für Geräte und Schutzsysteme zur bestimmungsgemäßen Verwendung in Ex-Bereichen.
Seit 21.4.2016 müssen alle in der EU in Verkehr gebrachten Einrichtungen und Geräte dieser Richtlinie entsprechen. Gemäß den zu stellenden Sicherheitsanforderungen werden sie in Gerätegruppen und ↑Gerätekategorien unterteilt. Alle in Ex-Bereichen eingesetzten Geräte müssen mit dem abgebildeten Symbol gekennzeichnet sein (Farbe: gelb). Ziel der ATEX 114 ist der Schutz von Personen, die in Ex-Bereichen arbeiten oder von Explosionen betroffen sein könnten. Sie wurde durch die 11.Verordnung zum ↑ProdSG [11. ProdSV] vom 6.1.2016 in nationales Recht umgesetzt.
ATEX 137, Richtlinie 1999/92/EG des Europäischen Parlamentes und des Rates vom 16.12.1999 über Mindestvorschriften zur Verbesserung des Gesundheitsschutzes und der Sicherheit der Arbeitnehmer, die durch explosionsfähige Atmosphären gefährdet werden können (15. Einzelrichtlinie im Sinne von Artikel 16 Absatz 1 der Richtlinie 89/391/EWG). Sie nennt Mindestvorschriften zur Verbesserung des Gesundheitsschutzes und der Sicherheit der Arbeitnehmer. Zu diesen grundlegenden Anforderungen gehören der
primäre ↑Explosionsschutz (Vermeidung oder Einschränkung der Bildung von ↑Ex-Atmosphäre),
sekundäre Explosionsschutz (Vermeidung wirksamer Zündquellen),
konstruktive (tertiäre) Explosionsschutz (Beschränkung der Auswirkung einer eventuellen Explosion auf ein unbedenkliches Maß).
Die ATEX 137 wurde 2002 in Deutschland mit der ↑BetrSichV in nationales Recht umgesetzt. Dazu gehört auch die Verpflichtung, die abgebildete Kennzeichnung (Farbe: gelb) auf Bereiche, in denen Ex-Atmosphären auftreten können, anzuwenden. (↑Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, BAuA)
ATEX Grenzfälle, (Borderline List), listet Produkte auf, bei denen zunächst unklar ist, ob sie dem Geltungsbereich der ATEX 114 Richtlinie unterliegen (aktuelle Fassung Juni 2008). Beispiel: Masseklemme (↑Erdungszange) zur Erdung. Hier ist von Fall zu Fall zu bewerten, ob die Konstruktion des Gerätes potenzielle Zündquellen (z.B. eine Stahlfeder) umfasst. Die Liste ersetzt nicht die Risikobewertung jedes Produkts. Darüber hinaus sind immer auch Zündquellen und Explosionsgefahren im Zusammenhang mit der Verwendung aller Produkte zu berücksichtigen.
ATEX Leitlinien, stellen ein Handbuch dar, um die Anwendung der ATEX 114 zu erleichtern. Sie wurden von der Europäischen Kommission in Zusammenarbeit mit den Mitgliedstaaten, den europäischen Normungsgremien und den ↑Benannten Stellen erarbeitet und liegen derzeit in der 3. Ausgabe (Mai 2020) vor.
Äther, (griech. aither, „die obere Luft, Himmelsluft“), in der Chemie veraltete Schreibweise für ↑Ether als Flüssigkeit. In der Physik der Barockzeit wurde er als ein die gesamte Welt erfüllender, in sich ruhender Stoff (Lichtäther) angesehen, der als hypothetisches Medium die Vermittlung von Fernwirkungen (elektr. und magnet. ↑Felder, Licht usw.) erklären sollte. Erst Einstein wies durch seine Relativitätstheorie (1905) die Unhaltbarkeit dieser Hypothese nach.
Atmosphäre, gasförmige Hülle der Erde bestehend aus 78,08 % Stickstoff (N2), 20,95 % Sauerstoff (O2), 0,93 % Argon (Ar) und Spurengase, darunter 0,04 % Kohlendioxid (CO2). Eine Veränderung der Sauerstoff-Anteile der A. führt zu einer Erhöhung oder Verminderung einer Brand- oder ↑Explosionsgefahr (↑Explosionsschutz, primär, ↑Sauerstoffgrenzkonzentration).
atmosphärische Bedingung
In der Prüftechnik verwendeter Begriff, um darzulegen, dass die Prüfung unter normalem Luftdruck auf Meeresniveau (1013 hPa ~ 1 bar) und normaler Zusammensetzung der ↑Atmosphäre durchgeführt wird. Als grobe Einteilung wird von 78 % Stickstoff und 21 % Sauerstoff ausgegangen.
Beim Explosionsschutz (↑ATEX) gelten für a.B. Gesamtdrücke von 0,8–1,1 bar und Gemischtemperaturen von -20 – +60°C.
Atmospheric Potential Gradient (APG), Potentialgefälle der Atmosphäre (↑Luftelektrizität)
Atom, (griech. atomos, „unteilbar, unzerschneidbar“). A. sind mit chem. Mitteln nicht weiter teilbar, doch mit physikal. können sie in Elementarteilchen (↑Elektron) zerlegt werden. Nach dem von N. ↑Bohr entwickelten A.-Modell (zwar veraltet, doch anschaulich) besteht das A. aus dem Kern, der umhüllt wird von Elektronen, die auf sog. Quantenbahnen umlaufen. Der Kern (Radius ~ 10 fm (10-15 m)) ist aus positiv geladenen Protonen und elektr. neutralen Neutronen aufgebaut und repräsentiert nahezu die gesamte Masse des A. In der A.-Hülle (Radius ~ 10 pm (10-12 m)) umkreisen ebenso viele negativ geladene Elektronen den Kern wie derselbe ↑Protonen enthält (A. elektr. neutral). Dabei können sich die Elektronen nur auf ganz bestimmten, den möglichen Energiewerten des A. entsprechenden Bahnen ohne Energieaustausch um den Kern bewegen. Beim Übergang zu kleineren Energiewerten können Strahlungsquanten freigesetzt werden (↑Gasentladungsleuchten). Aufnahme oder Abgabe von Elektronen bewirken einen Ladungszustand des A., es wird zu einem ↑Ion.
Atomgewicht (auch Atommasse), Masse eines einzelnen Atoms, kann wie jede Masse in der SI-Einheit [g] angegeben werden. Sie basiert auf der Grundlage des Kohlenstoffatoms, dessen Kern aus sechs Protonen und sechs Neutronen besteht. Ihm wurde das A. 12 zugeordnet. Damit ist die A.-Einheit 1/12 der Masse des Atoms C-12, das entspricht 1,7∙10-24 g.
Atomisation (elektrische). Dieser im Hinblick auf die Kernphysik nicht korrekte Begriff (aus dem engl. Sprachraum übernommen) bezeichnet das Zerplatzen von Flüssigkeitströpfchen unter dem Einfluss eines elektr. Feldes. Für den Vorgang selbst ist es ohne Belang, ob die Aufladung durch ↑Influenz oder durch ↑Reibungsaufladung erfolgt. In der Abb. befindet sich ein schwebender Tropfen in einem elektrostat. Feld. Die im Inneren des Tropfens auf gleichnamiger Ladung beruhende gegenseitige Abstoßungskraft bewirkt eine Ausdehnung, die schließlich den Zusammenhalt infolge von Oberflächenspannung überwindet; der Tropfen wird instabil und zerplatzt (↑Rayleigh-Limit). Die so aus dem Zerplatzen des Tropfens entstandenen positiv geladenen Aerosole folgen den Feldlinien, in diesem Falle zum nächstgelegenen geerdeten Gegenstand. Anwendungen des Prinzips: ↑Beschichten, ↑Wiederbefeuchtung, Verteilen von ↑Pflanzenschutzmitteln, Haartrockner mit Ionisationsspitze usw.
Aufladbarkeit
Aufladbar sind isolierende Stoffe (Textilien) sowie Gegenstände und Einrichtungen aus isolierenden Materialien. Doch auch nicht mit Erde verbundene leitfähige oder ableitfähige Gegenstände und Einrichtungen können aufgeladen werden (↑Aufladung). [TRGS 727 Abschn. 2.16]
Das gilt insbesondere für Flüssigkeiten und feste Materialien
mit einem spezif. Durchgangswiderstand ρv > 109 Ωm,
oder einem spezif. Oberflächenwiderstand ρs > 1012 Ω□ (Quadratohm).
In der Grafik ist für die A. von Materialien der Zusammenhang zwischen Oberflächenwiderstand und Aufladung − ausgedrückt in Feldstärkewerten − dargestellt. Er wurde in umfangreichen Untersuchungen in einer Prüfapparatur ermittelt und auf eine Trenngeschwindigkeit von 1 m/s umgerechnet (reproduzierbare ↑Aufladung, gerätetechn.). [SE Abschn. 3.6.1]
Nicht aufladbar im Sinne der Elektrostatik sind
feste Stoffe, deren ↑Oberflächenwiderstand R ≤ 109 Ω ist. Für die Beurteilung der A. ist der spezif. Oberflächenwiderstand ρS maßgebend.
flüssige Stoffe, deren ↑Leitfähigkeit κ > 10000 pS/m ist,
leitfähige und ableitfähige Gegenstände, wenn sie geerdet sind.
[DIN EN 61340-2-3], [TRGS 727]
Aufladbarkeit zur Beurteilung von Gefahren und Beschädigungen
A. fester Stoffe, [DIN EN 60079-10-1], [TRGS 727]
A. flüssiger Stoffe,
zu erwarten bei niedriger Leitfähigkeit κ ≥ 50 pS/m (2∙1010 Ωm),
möglich bei mittlerer Leitfähigkeit 50 pS/m < κ < 1 nS/m.
A. von Gasen. Reine Gase laden sich beim Strömen nicht auf. Bei Gasströmungen beobachtete Aufladungen sind stets auf mitgeführte Aerosole (↑Nassdampf, Ölnebel bei Pressluft, Staub beim Absaugen) zurückzuführen.
[TRGS 727 Abschn. 5]
A. von Schüttgütern (Feststoffe). Die Aufladungshöhe wird maßgeblich durch die Teilchengröße und den Verarbeitungsprozess bestimmt und dehnt sich über einen Bereich von acht Größenordnungen aus (Tabelle ↑Aufladung).
A. von Textilien. In Ex-Bereichen hat sie nur eine geringe Bedeutung bei der Arbeitskleidung (↑persönliche Schutzausrüstung), doch in ↑ESD-Schutzzonen muss sie wegen möglicher Beschädigung von Halbleiterbauteilen beachtet werden. Hier sind für die Messung und Beurteilung die Normen der Gruppe [DIN EN 1149] anzuwenden.
Aufladeelektrode, wird bei der ↑Nutzanwendung elektrostat. Aufladung eingesetzt. A. dienen der Applikation von Ladung auf ein hinreichend hochohmiges Material.
Die A. sind i.d.R. mit Emissionsspitzen ausgestattet, die für die Berührungssicherheit über Schutzwiderstände angeschlossen sind (↑Auskopplung). Andere A. sind in der Form eines Coronadrahtes (↑Stoffseparation) oder anderen geometrischen Formen ausgebildet.
Aufladesystem
Industrie: Elektrodenanordnung zur Applikation von Ladung mit dem Ziel bestimmte Effekte zu erreichen (↑Aufladeelektrode, ↑Hochspannungserzeuger, ↑Nutzanwendung).
Medizin: zur elektrostat. Aufladung für die Zerstäubung von Flüssigkeiten (↑Atomisation). In der Inhalationstherapie werden derartige Substanzen zum Behandeln von Krankheiten der Atmungsorgane angewendet.
Aufladezeitkonstante, ↑Zeitkonstante
Aufladung, entsteht als Grenzflächenphänomen zwischen den Phasengrenzen von unterschiedlichen Materialien und Medien (Festkörpern und/oder Flüssigkeiten), jedoch nicht bei der Kombination mit Gasen, denn sie bilden aus Sicht der Elektrostatik keine Grenzflächen.
A. von zwei Feststoffen, ist schematisch in den Abb. 1-4 dargestellt. Der Vorgang tritt entsprechend bei Flüssigkeiten auf, wenn diese, wie z.B. Öl in Wasser, nicht untereinander mischbar sind. Beim engen Kontakt der beiden Oberflächen kommt es zur Ausbildung einer elektr. Doppelschicht: Entsprechend den Materialeigenschaften (↑Elektronenaustrittsenergie) kommt es an den Grenzflächen zum Elektronenübertritt von Stoff A (↑Donator, niedrige Austrittsenergie) zum Stoff B (↑Akzeptor, hohe Austrittsenergie). Diese bereits von H.v. ↑Helmholtz 1879 beschriebene elektr. Doppelschicht hat eine Potentialdifferenz im mV-Bereich. Nach außen hin ist aber das Gesamtsystem aus A und B weiterhin neutral, da die entgegengesetzten Ladungen sich kompensieren und natürlich keine neuen Ladungen erzeugt werden (Abb. 2).
Die nachweisbare A. – nach dem Elektronenübergang – kommt zustande, wenn die zuvor in engem Kontakt befindlichen Materialien wieder voneinander getrennt oder gebrochen werden (Trennaufladung). Mindestens einer der beteiligten Materialpartner muss einen so hohen elektr. Widerstand aufweisen, dass es nicht bereits während des Trennvorgangs wieder zu einem Ladungsausgleich (Abb. 3) kommt. Elektronen sind zwar in der Lage kleine Distanzen (d < 10 nm) zu überwinden (↑Tunneleffekt), über größere Distanzen fortbewegen können sie sich jedoch nur in elektr. Leitern, nicht aber in Isolatoren. Daraus folgt:
hohe Oberflächenwiderstände und/oder hohe Trenngeschwindigkeiten bewirken hohe A.,
niedrige Oberflächenwiderstände und/oder niedrige Trenngeschwindigkeiten bewirken niedrige A.
Für die Trennung muss die elektrostat. Anziehungskraft (↑Coulombkraft) überwunden werden. Das Äquivalent der dafür aufzuwendenden mechan. Energie findet sich nach dem Trennvorgang in einem entsprechend hohen elektr. Potential wieder (kV-Bereich). An den beiden Oberflächen kommt es zu einem Ladungsüberschuss gleicher Größe (Abb. 4), aber mit entgegengesetztem Vorzeichen (↑Ladungsdoppelschicht, ↑Reibungsaufladung). Die Höhe der A. ist wesentlich von der Oberflächenstruktur (Rauigkeit) und dem Anpressdruck sowie der Trenngeschwindigkeit abhängig. Verringerung der Kontaktflächen und des Anpressdruckes verringern die mögliche A., Reibung erhöht die Intensität, weil dadurch der Kontakt zwischen den Oberflächen verbessert wird, indem „Hindernisse“ mechan. entfernt werden. Oft wird daher noch von Reibungs- oder Triboelektrizität gesprochen.
Die Vorhersage von positiv oder negativ geladenen Flächen ist nur bei überschaubaren, nicht jedoch bei komplexen Systemen möglich, denn bei Letzteren liegen Flächen mit unterschiedlichen Ladungsvorzeichen oft unmittelbar nebeneinander. Schon geringste Verunreinigungen und/oder Temperaturunterschiede führen zu Abweichungen vom triboelektr. Spektrum (↑Geigenbogeneffekt), daher können sich Materialien gleicher Eigenschaften untereinander oder auch beim Zerteilen aufladen. (Mechano-↑Lumineszenz) [SE Abschn. 2.3 und 2.4]
Bei kleinteiligen Feststoffen (Schüttgut, Granulat, Staub), ist die A. erheblich komplexer. Sie folgt ebenfalls dem Prinzip der Trennaufladung, doch wegen der mit zunehmendem Feinheitsgrad (↑Staub) erheblich größeren Oberflächen ist auch die daraus entstehende A. pro Masseneinheit wesentlich höher. Ausschlaggebend ist dafür das angewendete Verfahren.
Verfahren
Spezif. Ladung [µC/kg]
Trennen durch Sieben
10-5–10-3
Ausschütten aus Behältern
10-3–10-1
Transport in Förderschnecken
10-2–1
Zerkleinern in Reibmühlen
10-1–1
Zerkleinern in Strahlmühlen
10-1–102
Pneumatischer Transport durch Rohrleitungen
10-1–103
Triboelektrisches Pulverbeschichten
103–104
(↑Rohr-Leitung, ↑Schlauch, ↑Filter, ↑Silos, ↑Packmittel), [TRGS 727 Anh. A1 Tab.12], [IEC/TS 60079-32-1 Tab. A1]
A. von Flüssigkeit beim Strömen, Mischen, Rühren, Versprühen. (↑Lenard-Effekt) In Flüssigkeiten manifestiert sich die A. nur durch ↑Ionen, die auch die Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur bewirken. Das zuvor beschriebene Prinzip der Trennaufladung ist für Flüssigkeiten nur anwendbar, wenn die Kontaktflächen nicht benetzt werden (z.B. Wassertropfen auf PTFE, Benzin in Wasser). Bei Benetzung werden Ionen infolge Adhäsion an der Kontaktfläche fixiert und daraus resultiert die Helmholtz-Doppelschicht (Abb. 1). Bei ruhenden Flüssigkeiten entsteht eine geringe A., die durch die ↑Brown’sche Molekularbewegung bewirkt wird, bei der einzelne Ionen in die Flüssigkeit diffundieren (Abb. 2). Mit Beginn einer Strömung werden die in sie hinein diffundierten Ladungen mitgeschleppt, es kommt zum Ladungstransport (Abb. 3).
Die tatsächliche A. entsteht durch die Überwindung der Adhäsionskräfte an den Kontaktflächen (Trennaufladung). Die Höhe der A. steigt mit der Bewegungsgeschwindigkeit, der Turbulenz (Rühren, Pumpen) und der Größe vorhandener Grenzflächen, z.B. an Rohrwandungen, in Filtern, Ventilen und dergleichen, an. Das in der Abb. dargestellte Prinzip verändert sich daher in vielfältiger Weise [TRGS 727 Abschn. 4].
Im Foto ist die A. einer Flüssigkeit (hier Hydrauliköl) gut zu erkennen: In der ↑Ladungsdoppelschicht wird eine dünne Schicht der Flüssigkeit durch starke ↑Ladungsbindung „festgehalten“ (↑Coulombkraft) und durch nachfolgende Flüssigkeit an der Außenseite des geerdeten Rohres entgegen der Schwerkraft nach oben gedrückt. Hier war die A. so hoch, dass es zur ↑Gasentladung gekommen ist. [SE Abschn. 7.8]
Bei nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten, wie z.B. Benzin/Wasser oder Toluol/Wasser, kommt es an den Phasengrenzen ebenfalls zur A., die erheblich höher sein kann als die an den Wandungen (Mechano-↑Lumineszenz, ↑Strömungsgeschwindigkeit). [SE Abschn. 2.7]
A. bei Gasen. Gase können nur durch ↑Ionisation, nicht aber durch Trennvorgänge aufgeladen werden. Sie laden sich beim Vorbeiströmen an Feststoffen oder Flüssigkeiten nicht auf. Gase füllen jedes angebotene Volumen aus und können daher keine eigenen Grenzflächen bilden. Sobald jedoch Gase Partikel (Stäube oder Nebel) mitführen (z.B. Öl- und Wassernebel in Pressluft, Pneumatikförderung) kann es zu A. kommen, die auf Trenneffekten an den Wandungen und untereinander beruhen. Die Abb. zeigt einen Messaufbau für partikelbeladene Luft.
Dementsprechend werden auch Feststoffe und Flüssigkeiten von vorbeiströmenden Gasen nicht aufgeladen, allerdings nur dann, wenn durch die Gase keine Partikel abgetragen werden. [SE Abschn. 3.10]
Beim Entspannen komprimierter Gase kann es an der Düse infolge des ↑Joule-Thomson-Effektes zu einer starken Abkühlung kommen, sodass es dort zur ↑Kondensation (Nebel) oder gar ↑Sublimation (Schnee) kommt. Die entstehenden Aerosole erfahren beim Abtrennen von der Düsenwandung u. U. sehr hohe A. (Zündgefahr). Nicht selten ist dieser Effekt bei ↑CO2-Löschanlagen zu erkennen (Bitburger ↑Explosionsunglück).
An fallenden Tropfen und Partikeln wurde experimentell ermittelt, dass sie beim freien Fall durch die partikelfreie Atmosphäre, soweit sie sich dabei nicht fragmentieren, auch nicht aufgeladen werden. (↑Faraday-Becher), [Lüttgens, S. et al. (2015)], [SE Abschn. 3.10]
Gefrieraufladung, entsteht beim Gefrieren von Flüssigkeiten durch den Beweglichkeitsunterschied der Ionen. Ein Wassertropfen z.B. beginnt von außen nach innen zu gefrieren. Dabei steigt die Konzentration der beweglicheren Wasserstoffionen H+ in der äußeren Schale und die negativen OH--Ionen verbleiben im Inneren. Wenn die Tropfen z.B. in einer Gewitterwolke weiter abgekühlt werden, so zersplittern diese infolge der Ausdehnungsunterschiede im Tropfen mit erneuter Aufladung durch Trennung (↑Wolkendipol). Daraus ergibt sich u.a. die Ladungsverteilung in einer Gewitterwolke. [Masuda, S. (1973)]
A. bei Personen hat aus Sicht der Gefährdungsbeurteilung eine Sonderstellung, da A. durch die Person verschleppt werden kann (↑Personenaufladung, ↑Ladungsverschleppung). [DIN EN IEC 61340-4-5], [TRGS 727 Abschn. 7]
Aufladung (gerätetechnisch)
Gezielt herbeigeführte A. ist eine Art der ↑Nutzanwendung, bei der ein isolierendes Material zwischen einer ↑Aufladeelektrode und einem Gegenpotential einem Stromfluss ausgesetzt wird. Die von den Coronaspitzen emittierten ↑Ionen sind an Feldlinien gebunden und können durch eine Luftströmung kaum abgelenkt werden.
Indirekte A. ist eine Art der Nutzanwendung, bei der z.B. eine Folie separat aufgeladen und anschließend auf eine geerdete Fläche appliziert wird (↑In-Mould-Labelling).
Eine reproduzierbare A. ist für die Einschätzung der ↑Aufladbarkeit von Stoffen erforderlich. In der Norm [DIN EN 60079-32-2] sind manuelle Methoden beschrieben, die alle von den Fertigkeiten des Ausführenden abhängig sind und deren Reproduzierbarkeit daher zu wünschen übriglässt. Zum Erzielen reproduzierbarer Ergebnisse wurde die in der Abb. gezeigte mechan. Reibapparatur entwickelt (DIN 53486 – 1975, inzwischen zurückgezogen). Sie ermöglicht für eine detaillierte Beurteilung des Aufladeverhaltens eines Materials die Bestimmung folgender Messwerte:
Feldstärke nach dem 1. Reibvorgang
Feldstärke nach dem 10. Reibvorgang
Feldstärke bei Grenzaufladung
Halbwertzeit nach Beenden der Reibaufladung
Feldstärken nach vorgegebenen Entladungszeiten
[SE Abschn. 3.6.1], [Lüttgens, G. (1981)]
Mit triboelektrischer A. (↑Reibungsaufladung) existiert ein Prüfverfahren für die Textilherstellung (Abb.: A - feste Klemmeinrichtung, B - Feldstärkemessgerät, C - Zylinderstäbe, D - Messprobe, E - Führungsschiene, F - Spanngerät, G - Startposition des Schlittens).
Es kann nicht für Textilien genutzt werden deren ableitfähiger Anteil sich im Inneren der Faser befindet (↑Core Fibres). Für Letztere ist ein Prüfverfahren mit einer ↑Influenz-Feldmesssonde geeignet. [SE Abschn. 3.14.2]
Aufladungsgefahr, im Rahmen der ↑Gefährdungsbeurteilung zu ermitteln.
Aufladungsmessung. An leitfähigen Objekten kann die Aufladung durch eine Spannungsmessung mit einem hochohmigen Spannungsmesser (Ri > 1 TΩ) ermittelt werden.
An isolierenden Objekten kann hingegen eine Aufladung nur durch eine indirekte Messung über ↑Feldstärke oder ↑Influenz (↑Influenz-Feldmesssonde, ↑Faraday-Becher) erfasst werden. [DIN IEC/TR 61340-1]
Die Abb. veranschaulichen wie ein isolierendes Granulatteilchen beim Rutschen durch ein Stahlrohr negativ aufgeladen wird, seine Ladung durch Influenz an einen Faraday-Becher überträgt und dessen Potential über den Spannungsmesskopf S am ↑EFM gemessen wird. Ersetzt man das Metallrohr durch ein Rohr aus Isolierstoff und das Granulatteilchen durch ein Metallkügelchen, so führt der gleiche Ablauf zu einer positiven Aufladung. [SE Abschn. 6.5.1]
Aufladungsphänomen an schnell laufenden Materialbahnen. Die in der Abb. gezeigten Kurven wurden 1977 von Letournel und Oberlin in einem Beitrag zur Aufladung an ↑Materialbahnen veröffentlicht.
Typ 1: Das Potential steigt bis zu einem konstanten Maximum. Eine Erklärung ist, dass die Materialbahn mit hoher Geschwindigkeit (v > 1,5 m/s) über eine Vielzahl von Walzen läuft, die annähernd die gleiche Umfangsgeschwindigkeit wie die Bahn haben, d.h. die Bahn wird durch die Maschine transportiert. Hierbei entsteht die Aufladung vermutlich beidseitig nur durch Kontakt und Trennung.
Typ 2: Das Potential steigt zu einem Maximum, fällt ab und wechselt die Polarität zu einem neuen konstanten Maximum. Eine Erklärung ist, dass es zu einer ↑Büschel- oder ↑Gleitstielbüschelentladung in die Umgebung kommt, wenn die aufgeladene Fläche einer Folie die Ladungsbedeckung σmax in [C/m2] erreicht, überschreitet und damit eine Polumkehr an der Materialoberfläche bewirkt. Derartige Gasentladungen sind mit einem geeigneten ↑Funkennachweisgerät gut festzustellen. Die für die Erzeugung der hohen Ladungsbedeckung notwendige Reibung entsteht in der Hauptsache durch Schlupf. Bei Materialbahnen, die im Unterdruck (z.B. bei der Bedampfung im ↑Vakuum) bearbeitet werden, wird dieser Auf- und Entlade-Mechanismus im Sinne des ↑Paschen-Gesetzes beeinflusst. [SE Abschn. 5.6]
Typ 3: Das Potential steigt an, durchläuft ein Maximum und fällt auf ein niedrigeres konstantes Niveau ohne Wechsel der Polarität (↑Break-Down-Widerstand). Eine Erklärung ist, dass eine Folie potentialabhängig reagiert, d.h. mit höherem Potential wird der Ableitwiderstand geringer und stabilisiert sich auf einen Durchschnittswert. Auf der Oberfläche können sich durch Kontamination Bereiche unterschiedlicher Oberflächenwiderstände mit ± Ladungsprofilen in unterschiedlichsten Abständen gebildet haben. Ein Teil der Ladung fließt ab oder reduziert sich durch Gasentladungen, bis die Durchbruchfeldstärke zwischen den Ladungsprofilen unterschritten wird und die Restladung als Ladungsinseln erhalten bleibt. Eine überladene Bahn emittiert Ladung in die Atmosphäre.
Das Messdiagramm zeigt, dass innerhalb von Zehntelsekunden nicht vorhersagbare Vorzeichenwechsel stattfinden. Als Beispiel sei eine Ladungsinsel in der Größe 50 x 50 mm2 genannt, die bei einer Materialbahn mit 10 m/s in 5 ms einen Sensor oder einen ↑Ionisator passiert. Offensichtlich reicht es nicht aus, bei schnelllaufenden Materialbahnen die Aufladungsmechanismen nur auf das Prinzip der Helmholtz’schen Doppelschicht zurückzuführen, das ohnehin nur auf das System Feststoff/Elektrolyt zutrifft (↑Ladungsdoppelschicht). Stattdessen lassen sich ggf. das ↑Lewis-Säure-Basen-Konzept oder die ↑Brønsted-Lowry Definition zur Erklärung heranziehen. [SE Abschn. 2.14.1], [Letournel, M., Oberlin, J.-C. (1977)], [Schubert, W. (2021)], [Spice, J.E. (1971)]
Aufladungstendenz, kann durch den Einsatz von Additiven zur Verringerung des elektr. Widerstandes reduziert werden (↑Antistatika). [SE Abschn. 2.10]
Auflagedruck, Gewicht pro Flächeneinheit auf eine Unterlage. Der A. ist für das Messen von Oberflächen- und Durchgangswiderständen eine entscheidende Größe (↑Messelektrode). Das gilt auch für die Messung der Ableitfähigkeit von Schuhen (↑Personentester).
Auflösungsvermögen, Fähigkeit eines Untersuchungsgerätes, nahe beieinander liegende Details eines Objektes deutlich unterscheidbar abzubilden. Bei Ladungsverteilungsuntersuchungen an aufgeladenen Oberflächen, z.B. bei Fotokopiergeräten, werden hochauflösende Sonden benötigt. Das sind ↑Influenz-Feldmesssonden mit Aperturen (Öffnungsweiten) von derzeit ca. 0,5 mm Ø. Damit lassen sich Details in der Ladungsverteilung bis zu 1 mm Größe messtechn. erfassen.
Aufsetzelektrode, ↑Messelektrode-Feststoffe
Aufwickeln / Abwickeln
Beim Aufwickeln von ↑Materialbahnen werden die von der Verarbeitungsanlage kommenden Ladungen in der Rolle summiert (z.B. Feldstärken von 1 MV/m wurden gemessen). (↑Superbüschelentladung) Außerdem kommt es dabei oft zum ↑Teleskopieren, d.h. die Materialbahn wandert seitlich aus.
Beim Abwickeln von Materialbahnen kann es durch Trennung des bestehenden Kontaktes ebenfalls zu hohen elektrostat. Aufladungen kommen.
[TRGS 727 Abschn. 3.3]
Aurora borealis, ↑Polarlicht
Ausblasleitung, Rohrleitung, durch die beim Ansprechen einer ↑Explosionsdruckentlastung freigesetzte brennende Gase bzw. Stäube gefahrlos abgeleitet werden. Falls dabei Partikel in großer Menge aufgewirbelt werden (z.B. Rost oder abgelagerter Staub), ist mit elektrostat. Aufladungen zu rechnen, die z.B. bei Fehlauslösungen der Explosionsdruckentlastung zu Entzündungen führen können (↑Quenchrohr).
Ausbreitungswiderstand eines Erders, Widerstand des Erdreiches, gemessen zwischen einem Erder und einer Bezugselektrode. [DIN VDE 0100-200]
Auskopplung, elektr. Beschaltung der Emissionsspitzen von ↑Aufladeelektroden und Entladeelektroden (↑Ionisator) zur Berührungssicherung. Dazu werden entsprechende Widerstände (ohmsche A.) oder Kondensatoren (kapazitive A.) benutzt. [IEC TR 60479-5]
Ausrüstung, Behandlungsmaßnahme nach der eigentlichen Herstellung, insbesondere bei Textilien, um bestimmte Eigenschaften und Gebrauchswerte zu erzielen (z.B. ableitfähige Eigenschaften). (↑Appretur, ↑Kleidung)
Außenbelag, bezeichnet den außen liegenden Belag eines ↑Kondensators, der ihn umhüllt und dadurch abschirmt. Bei Keramik-Rohrkondensatoren ist der A. die äußere metallisierte Mantelfläche des Hohlzylinders. Der elektr. Anschluss des A. wird häufig durch eine Markierung auf dem Bauelement gekennzeichnet. Falls der A. mit Masse verbunden ist, verringert das die ↑Streu-(Einbau-)Kapazität.
Außenelektron, ↑Valenzelektron
Außenleiter, Leiter, die Stromquellen mit Verbrauchsmitteln verbinden, aber nicht vom Mittel- oder Sternpunkt ausgehen. In signaltechn. empfindlichen Systemen werden A. häufig zur ↑Abschirmung innerhalb verlaufender Signalleitungen verwendet. Handelt es sich um ein unsymmetrisches Signalsystem, was der häufigere Fall ist, so verläuft in der Mitte eines konzentrischen Kabels die signalführende Leitung und außen herum ein ringförmig geschlossenes Geflecht, das am Eingang und am Ausgang mit ↑Erde oder dem Bezugspotential des Systems verbunden ist. Bei symmetrischen Signalsystemen verlaufen im Inneren des Kabels zwei Leitungen mit spiegelbildlichen Signalen und außen herum befindet sich ein ringförmig geschlossenes Geflecht, das an einem oder beiden Enden der Verbindung zur Ableitung von Störungen mit Erde (oder dem Bezugspotential des Systems) verbunden ist. [DIN VDE 0100-200]
Außenschale, äußere Elektronenschale des Atommodells. Die dort verfügbaren Elektronen sind verantwortlich für die verschiedenen Formen der chem. Bindung (↑Valenzelektron).
Austrittsenergie (auch Austrittsarbeit), Materialeigenschaft, die zu den Stoffeigenschaften zählt (↑Elektronenaustrittsenergie).
Automobil.
