Bestimmung des spezifischen Durchgangswiderstandes von Staubschüttungen

Autor: Malte Gerhold

Hochschule: Bergische Universität Wuppertal, Masterarbeit, 2011

Kurzfassung: Anhand des spezifischen elektrischen Widerstandes eines Staubes kann abgeschätzt werden, wie stark sich der Staub oder dessen Behältnis bei Schütt- und Transportvorgängen elektrostatisch aufladen kann. Aufgeladene Oberflächen und Staubschüttungen sind potenzielle Zündquellen bei Arbeiten in gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre.

Zur Bestimmung des spezifischen Widerstandes wurden bisher zwei unterschiedliche Standardverfahren verwendet. Im Stempelverfahren wird der Staub in einen zylindrischen Behälter aus Isolationsmaterial gefüllt. Der Boden des Behälters und ein aufgesetzter Gewichtsstempel dienen als Elektroden. Beim Rinnenverfahren befindet sich die Staubprobe zwischen zwei rechteckigen Metallelektroden (100 mm x 10 mm) im Abstand von 10 mm. An den übrigen Seiten wird die Rinne durch Isolationsmaterial begrenzt.

Bei ersten Untersuchungen zeigte sich, dass die mit beiden Verfahren bestimmten spezifischen Widerstände um bis zu eine Zehnerpotenz abweichen. Daher wurde nach einem Verfahren gesucht, das systematische Messfehler z. B. durch die Anordnung der Elektroden von vornherein ausschließt. Die sogenannte konzentrische Messzelle besteht aus einer ringförmigen Messelektrode und einer stabförmigen Spannungselektrode im Zentrum. Die Messelektrode wird zusätzlich durch zwei Schutzelektroden gegen elektrische Störeinflüsse geschützt. Bei dieser Anordnung wird die Staubprobe nicht durch einen Messtempel komprimiert. Weiterhin ist hier die Isolierung der Elektroden gegeneinander besser zu gewährleisten. Die stabförmige Spannungselektrode führt zu einem homogenen elektrischen Feld.

Ein Vergleich aller drei Messverfahren zeigte, dass sich die Messwerte mit der konzentrischen Elektrodenanordnung am besten reproduzieren ließen. In weiteren Versuchen konnte gezeigt werden, dass der spezifische Widerstand eines Staubes sinkt, wenn er durch Gewichtsdruck komprimiert wird. Dieser Effekt verursacht maßgeblich die abweichenden Messergebnisse mit der Stempelzelle. Weiterhin wurde untersucht, welchen Einfluss die Feuchte der umgebenden Luft auf den Widerstand hat. Hohe relative Luftfeuchten führen zu einer drastischen Abnahme des spezifischen Widerstandes, insbesondere bei hochohmigen Stäuben. Dieser Effekt konnte auch beobachtet werden, wenn die Wasseraufnahme nur im Spurenbereich erfolgte.

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