HELMHOLTZ-PREIS 1993 (Preisverleihung am 15.03.1993)
Dr. Ulrich von Pidoll, Dr. Helmut Krämer für die Arbeit „Die Mindestzündenergie von Pulverlacken für die elektrostatische Pulverbeschichtung“

Preisträger 1993: Mindestzündenergie von Pulverlacken

Ulrich von Pidoll (li.) wurde 1956 in Köln geboren. Von 1975 bis 1980 studierte er physikalische Chemie an der TU Darmstadt, wo er 1984 promovierte. Von 1985 bis 1990 arbeitete er bei der Feldmühle AG. Anschließend ging er zur PTB Braunschweig und ist seither in der Arbeitsgruppe „Physikalische Zündvorgänge“ tätig. Seine Arbeit hat zur Aufstellung von zahlreichen deutschen, europäischen und internationalen Normen im Bereich der Sicherheit beigetragen.

Helmut Krämer (re.), 1937 in Hamm in Westfalen geboren, studierte von 1958 bis 1963 Physik in Göttingen. Anschließend ging er an die TH Darmstadt, wo er 1966 am Lehrstuhl für Elektrochemie promovierte. Nach Tätigkeiten am Chemical Department der University of Aberdeen (1966-67) und als Gymnasiallehrer in Hamm (1967-70) kam er 1970 zur PTB Braunschweig. Hier leitete er die Fachlaboratorien „Brennbare Flüssigkeiten“ (1980-86) und „Physikalische Zündvorgänge“ (1986-89). Von 1989 bis 1998 war er Direktor der Fachgruppe „Grundlagen der physikalischen Sicherheitstechnik“. Er ist 1998 verstorben.

Das lösungsmittelfreie Lackieren mit Pulverlacken wird wegen seiner Wirtschaftlichkeit und seiner hervorragenden Lackierergebnisse vielfältig eingesetzt, u. a. in der Haushaltsgerätefertigung und in der Automobilproduktion. Bei diesem Verfahren wird ein Gemisch aus Luft und Lackpartikeln, die durch eine Hochspannung elektrisch aufgeladen werden, von einem elektrostatischen Feld auf das zu lackierende Werkstück gelenkt. Das beschichtete Werkstück wird anschließend in einem Ofen erhitzt, so dass die Pulverteilchen schmelzen und eine gleichmäßige Lackschicht bilden.

Wenn das leicht entzündliche Pulverlack-Luft-Gemisch in der Sprühpistole die Hochspannungselektrode passiert, muss sichergestellt sein, dass eventuell auftretende elektrische Entladungen von der Elektrode keine Explosion auslösen. Früher erfolgte dies durch eine Zündprüfung der Sprühpistole in einem explosionsfähigen Methan-Luftgemisch, heute wird die Entladeenergie weltweit nach einem Vorschlag von Ulrich von Pidoll mit einer speziellen Elektrode, die an ein Oszilloskop angeschlossen ist, rein elektrisch bestimmt. Die Betriebssicherheit der Sprühpistole ist gewährleistet, wenn deren maximal mögliche Entladeenergie niedriger ist als die Mindestzündenergie aller in der Praxis verwendeten Pulverlacke.

Hierzu bestimmten Dr. Ulrich von Pidoll und Dr. Helmut Krämer von der PTB die Mindestzündenergie einer großen Zahl von unterschiedlichen Pulverlacken und untersuchten systematisch, von welchen physikalischen und chemischen Eigenschaften der Pulverlacke sie abhing. Sie konnten eine allgemeingültige Formel entwickeln, mit der sich die Mindestzündenergie von Pulverlacken hinreichend genau berechnen lässt. Für diese Arbeit wurden sie mit dem Helmholtz-Preis 1993 im Bereich „Physikalische und Chemische Sicherheitstechnik“ ausgezeichnet.

Bei den Experimenten wurde das zu untersuchende Pulver unter einem Druck von 20 bar mit Luft durch eine Ringdüse in ein zuvor evakuiertes Zündgefäß eingeblasen. In diesem explosionsdruckfesten Kugelgefäß bildete sich eine gleichmäßig verteilte Pulverwolke. Danach wurde mit einer Drei-Elektroden-Funkenstrecke im Zündgefäß ein Zündfunke von variabler Energie erzeugt und der Minimalwert der Funkenenergie gemessen, der gerade noch ausreichte, das Pulver-Luft-Gemisch zu entzünden.

Die gemessene Mindestzündenergie eines Pulverlackes war beispielsweise umso kleiner, je größer die Gesamtoberfläche war. Ein Pulverlack aus kleinen Partikeln ließ sich also leichter zünden als ein Pulverlack aus größeren Teilchen. Auch spielten die chemische Zusammensetzung und der Anteil nichtbrennbarer Stoffe eine große Rolle. Der absolut niedrigste Wert für die Mindestzündenergie wurde für superfeine Epoxid-Klarlacke gemessen und betrug 1,7 mJ. Die beiden Forscher schlugen vor, diesen Minimalwert bei der Zündprüfung von Sprühgeräten für die Pulverlackierung zugrunde zu legen. Sowohl dieser Wert als auch die erwähnte Formel wurden inzwischen in europäische Normen übernommen.

 

Literatur

U. von Pidoll, H. Krämer: Die Mindestzündenergie von Pulverlacken für die elektrostatische Pulverbeschichtung. PTB-Mitteilungen 103, (1993), 329