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Print ISBN 978-3-527-41372-0
ePDF ISBN 978-3-527-82150-1
ePub ISBN 978-3-527-82151-8
oBook ISBN 978-3-527-82152-5
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Geleitwort
Warum ein neues Fachbuch über statische Elektrizität? Gehört die Elektrostatik doch zu den ältesten bekannten Phänomenen der Physik. Ihr Ursprung war mit den seltsamen Eigenschaften des Bernsteins verknüpft. Mit der Entdeckung des Coulomb-Gesetzes als mathematisches Fundament entwickelte sie sich im 18. Jahrhundert zu einem eigenständigen Zweig der klassischen Physik. Für mehr als 100 Jahre war statische Elektrizität ein Feld naturwissenschaftlicher Forschung mit interessanten Phänomenen, die in den Salons der damaligen Zeit zur Belustigung der Gäste vorgeführt wurden.
Der Einzug in die Technik erfolgte in der Mitte des letzten Jahrhunderts, als die Elektrostatik bei Anwendungen wie Lackieranlagen und Fotokopierern zum Einsatz kam. Doch schon viele Jahrzehnte davor wurde ihre gefährliche Seite sichtbar. Immer öfters kam es während der zunehmenden Industrialisierung zu heftigen Explosionen, deren Ursache die Freisetzung elektrostatischer Energie war. Bereits in den ersten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts entstanden Broschüren und Merkblätter mit Abhandlungen über die Gefahren der statischen Elektrizität.
Inzwischen ist fast ein ganzes Jahrhundert vergangen, aber die Themen blieben unverändert. Allerdings hat sich der Fokus der Industrie gewandelt. Heute finden sich die Anwendungen der Elektrostatik verstärkt in der Abfallbehandlung und der Trennung von Rohstoffen wieder. Die Möglichkeiten numerischer Modellierungen ergänzen die Erforschung der elektrostatischen Phänomene. Doch die Vermeidung elektrostatischer Entladungen als Ursache von Explosionen ist nach wie vor aktuell, wie immer wieder auftretende Explosionsereignisse in der Industrie beweisen.
So besteht noch immer ein großer Bedarf, angehende Ingenieure und Techniker auf dem Gebiet der Elektrostatik auszubilden. Das vorliegende Buch stellt dafür ein wunderbares Kompendium dar. Es deckt alle Aspekte der elektrostatischen Aufladung ab und auch der damit einhergehenden Entladungen. Es ist in zehn didaktisch hervorragend ausgearbeitete Kapitel unterteilt, die jeweils detailliert einen Gesichtspunkt in sich geschlossen behandeln.
Beginnend beim Basiswissen zum Brand- und Explosionsverhalten, mit allen Aspekten einer Risikoanalyse, geht es im nächsten Kapitel weiter zu den Grundlagen der Elektrostatik. Der ausführlichen Beschreibung der Messtechnik wurde ein separates Kapitel gewidmet. In dem darauf folgenden Abschnitt werden die verschiedenen Formen der elektrostatischen Entladungen vorgestellt, um anschließend die Maßnahmen zu beschreiben, mit denen diese Entladungen verhindert werden können.
Vervollständigt wird das Buch durch eine Sammlung von Experimenten, mit deren Hilfe Schulungen zum Thema Elektrostatik eindrücklich untermauert werden können. Es folgen Fallstudien über Ereignisse in der Industrie, ausgelöst durch elektrostatische Entladungen. Hinweise, wie diese Ereignisse hätten vermieden werden können, fehlen dabei nicht. In einem weiteren Kapitel wird auf die technischen Möglichkeiten eingegangen, wie elektrostatische Kräfte industriell genutzt werden können. Es fehlt auch nicht ein Kapitel über die vielfältigen Normen und Regelwerke auf nationaler, europäischer und internationaler Ebene. Abgerundet wird das Lehrbuch mit einem Anhang, der das Rüstzeug enthält, um die Elektrostatik mathematisch zu beschreiben.
Die Autoren Sylvia und Günter Lüttgens sowie Wolfgang Schubert, Ulrich von Pidoll und Stefan Emde sind ausgewiesene Experten auf dem Gebiet der statischen Elektrizität. Ihr Wissen basiert auf den Erfahrungen, die sie in vielen Jahren industrieller Tätigkeit und bei zahllosen Untersuchungen und Forschungsprojekten sammelten. Ganz besonders eindrücklich zeigt sich dies in der umfangreichen Sammlung an Fallstudien. Die didaktische Umsetzung des komplexen Themas haben sie bei ihren vielen Vortragsveranstaltungen und Seminaren immer weiter verfeinert, bis es nun in diesem Buch eine perfekte Umsetzung gefunden hat.
Das vorliegende Werk ist deswegen nicht einfach nur ein neues Fachbuch über statische Elektrizität. Es ist viel mehr. Es ist die Zusammenfassung eines sehr umfangreichen Erfahrungsschatzes, so aufgearbeitet, dass es für Neueinsteiger die Basis der eigenen Erfahrungen darstellen kann. Für jeden Experten ist es ein wertvolles Werkzeug zur Erweiterung und Repetition des eigenen Fachwissens.
Es macht mich ein klein wenig stolz, Sie in dieses Lehrbuch einführen zu dürfen. Ich wünsche Ihnen viel Freude bei der Lektüre und viel Erfolg bei der Umsetzung des darin enthaltenen Wissens.
Basel, April 2019
Klaus Schwenzfeuer
Danksagung
Wenn sich ein Quintett aus Fachleuten zusammenfindet, um Texte für ein Buch über statische Elektrizität zu schreiben, so ist das eine Sache, doch bis daraus ein leserfreundliches Werk wird, eine andere.
Dazu müssen neben der allfälligen Fehlerkorrektur die Querverweise kontrolliert, die Bilder und Tabellen mit ihren Nummern den Texten zugeordnet und noch viele kleine und größere Differenzen mit den Autoren abgestimmt werden.
Für diese von Beate Schubert äußerst sorgfältig durchgeführte Arbeit sagt das Autorenquintett ein ganz herzliches Dankeschön!
Unser weiterer Dank gilt ebenso Hermann Künzig (Entladung, Aufladung, Messtechnik), Jürgen Brunner und Christian Vogel (Messtechnik), Thomas Gradl Kunststoffe) und Rainer Köhnlechner (Materialtrennung).
Liste der Autoren
Günter Lüttgens wurde 1933 in Berlin geboren. Er hat Elektromaschinenbau studiert. Nach dem Studium arbeitete er vorwiegend in der chemischen Industrie im Bereich elektrostatischer Aufladungen. Er leitete das Forschungslabor für Elektrostatik und war verantwortlich für die Anlagensicherheit im Hinblick auf Elektrostatikgefahren. 1998 wurde er von der International Electrotechnical Commission (IEC) als Experte für elektrostatische Prüfmethoden benannt und war von 2001 – 2012 Obmann des entsprechenden Arbeitskreises bei der Deutschen Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (DKE). Über etwa 25 Jahre hinweg führte er gemeinsam mit seiner Ehefrau Sylvia Seminare zur Vermeidung von Gefahren infolge elektrostatischer Aufladungen durch. Daneben veröffentlichten sie gemeinsam eine Reihe von Fachartikeln und mehrere Fachbücher in deutscher und englischer Sprache. 2013 wurde ihm von der European Working Party (EFCE) im Bereich „Statische Elektrizität in der Industrie“ der internationale Fellow Award für Forschung und Lehre zugesprochen.
Wolfgang Schubert wurde 1952 in Leipzig geboren. Er ist gelernter Buchdrucker und hat in Leipzig Polygrafie studiert. Nach verschiedenen leitenden Funktionen in der Druckindustrie und im Vertrieb von Bogen- und Hybrid druckmaschinen hat er sich 1997 selbstständig gemacht und ist seitdem zusätzlich auf dem speziellen Gebiet der Elektrostatik tätig. Neben einer Reihe von Fachartikeln ist er Mitautor von zwei Fachbüchern zur Elektrostatik. Im Mai 2016 wurde er von der IHK Leipzig für die Sachgebiete Druckverfahren und Druckmaschinen, Be- und Verdruckbarkeit und Verpackungsdruck als Sachverständiger öffentlich bestellt und vereidigt. Außerdem ist er als unabhängiger Sachverständiger für Elektrostatik europaweit aktiv (www.schubert-gmd.de).
Sylvia Lüttgens wurde 1946 in Geroda geboren. Sie studierte für das Lehramt Englisch und Musik. Danach befasste sie sich mit statischer Elektrizität als möglicher Zündquelle für Feuer und Explosionen. Ihre pädagogischen Erfahrungen brachte sie in die von ihrem Ehemann Günter durchgeführten Elektrostatikseminare ein. Sie übernahm dabei die Experimentalvorträge zur Veranschaulichung der nicht immer leicht verständlichen Theorien zur Elektrostatik. Daneben veröffentlichte sie gemeinsam mit Günter eine Reihe von Fachartikeln und mehrere Fachbücher in deutscher und englischer Sprache.
Ulrich von Pidoll wurde 1956 in Köln geboren. Er studierte physikalische Chemie an der TU Darmstadt und schloss sein Studium 1984 mit dem Grad eines Dr.-Ing. ab. Anschließend war er fünf Jahre wissenschaftlicher Referent bei der Feldmühle AG. Von 1990–2018 arbeitete er in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt, Braunschweig, als Experte für elektrostatische Aufladungen. 1995 wurde er durch das Fernsehen bekannt, als er Brände beim Betanken von Pkws aufklärte. In der Folgezeit klärte er weitere elektrostatisch bedingte Brände auf. 1999 wurde er unter die 500 besten Wissenschaftler weltweit gewählt und mit der Leitung von sieben elektrostatischen Gremien betraut. In dieser Eigenschaft hat er als Convener maßgeblich zur Verfassung des CENELEC TR50404 und der IEC 60079-32 Teil 1 und 2 beigetragen. Als Anerkennung für sein Lebenswerk (über 100 wissenschaftliche Publikationen) erhielt er 2013 den internationalen Helmut Krämer Award und 2016 den IEC 1906 Award.
Stefan Emde wurde 1960 in Frankfurt am Main geboren. Nach dem Abitur folgte ein Studium der Elektrotechnik mit Abschluss als Diplomingenieur an der Technischen Universität in Darmstadt. In den folgenden Jahren beschäftigte er sich mit der Planung, Auslegung und Ausführung von elektrotechnischen Anlagen und Kommunikationsanlagen, zuletzt viele Jahre im Bereich der Mobilfunknetze. Angeregt durch den dabei immer intensiven Kontakt mit Normen begann er 2003 mit der hauptberuflichen Normungsarbeit bei der Deutschen Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (DKE) in DIN und VDE. Dort zuständig, unter anderem für das Referat der Anforderungen und Prüfverfahren für Werkstoffe der Elektrotechnik, war der Kontakt mit dem Deutschen Komitee für Elektrostatik hergestellt.
Bis heute ist er der Normung treu geblieben und engagiert sich neben seiner Arbeit mit den nationalen Normenkomitees auch international bei der International Electrotechnical Commission (IEC) und auf europäischer Ebene beim Europäischen Komitee für elektrotechnische Normung (CENELEC) in der Erarbeitung von Regelwerken für die elektrotechnische Normung.
Vorbemerkungen
Zu diesem Fachbuch sind nachfolgende Videos und PowerPoint-Präsentationen verfügbar. Auf einige davon wird im Buch verwiesen.
Die Videos sind mit „V“ gekennzeichnet und am Ende der jeweiligen Kapitel aufgeführt und können unter www.wiley-vch.de/ISBN9783527413720heruntergeladen werden. Zum besseren Verständnis werden an verschiedenen Stellen animierte PowerPoint-Präsentationen mit dem Symbol bezeichnet. Der Buchstabe T steht für Theorie und P für die Praxis.
Diese und weitere Präsentationen können bei nachfolgenden Autoren angefordert werden.
G. & S. Luettgens: elektrostatik@elstatik.de
W. Schubert: ws@schubert-gmd.de
Video
Bezeichnung orientiert sich an den Kapitelnummer
[V5.1] Staubexplosion von 1,5 kg Maisstärke
[V7.1] Funken an einem Drosselventil
[V7.2] Funken in isolierender Flüssigkeit
[V8.1] Wiederbefeuchtung
[V8.2] Abrakeln einer Grenzschicht
[V8.3] ESA-Modell
[V8.4] VTT Ink-Lifting V-Cell
[V8.5] VTT Ink-Lifting U-Cell
PowerPoint
Serie T: Theorie Elektrostatik (mit Experimenten verdeutlicht)
[T1] Brand- und Explosionsgefahren
[T2] Entstehung elektrostatischer Aufladung
[T3] Influenz – eine weitere Ursache elektrostatischer Aufladung
[T4] Elektrischer Widerstand und Höhe der Aufladung
bezeichnet. Der Buchstabe T steht für Theorie und P für die Praxis.