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Verfahren zur Herstellung elektrostatische Ladungen ableitender Beläge
In vielen industriellen und kommunalen Hochbauten werden aus Sicherheitsgründen
immer mehr elektrostatische Ladungen ableitende Bodenbeläge gelegt. Vielfach wird
dieses schon von Amts wegen gefordert.
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Für derartige Böden t auf denen Teppichbeläge oder ähnliche textile
Bodenbeläge verlegt werden, hat die Teppichindustrie das Problem gelöst, indem sie
in ihre Produkte Kupferfäden einwebt, die anschließend geerdet werden.
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Für mechanisch und chemisch hochbeanspruchte Böden (Estriche u.ä.)
müssen jedoch mechanisch und chemisch widerstandsfähige Beläge verwendet werden,
die meist aus Reaktionskunstharzen (Polyester-, Polyurethan- oder Epoxidharze) hergestellt
werden. Diese Reaktionskunstharze werden meist mit geeigneten, den elektrischen
Strom in begrenzter Weise leitenden Füllstoffen gemischt, so daß die Mischung im
ausgehärteten
Zustand einen Widerstand, gegen Erde gemessen, von
4 6 ca. 104 - 106 Q hat. Diese Massen werden vorwiegend in Schichtdicken von 2 -
3 mm auf das Substrat, vorwiegend Estrich- und Betonflächen, aufgetragen.
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Diese Arbeitstechnik setzt ein Substrat mit einem Widerstand 4 6 von
104 - 106 Q voraus, damit eine Leitfähigkeit des beschichteten Bodens im Rahmen
der gesetzlichen Vorschriften erzielt wird. Da der Widerstand des Belagsquerschnittes
direkt in die Leitfähigkeitsmessung eingeht, ist der Widerstand an mehreren Meßpunkten
verschieden, da z.B. Betonflächen unterschiedliche Rauhtiefen aufweisen, die zu
unterschiedlichen Belagsdicken führen. Ferner kann sich der Widerstand eines beschichteten
Estrichs oder Betonbodens im Laufe der Zeit ändern, weil der Widerstand eines derartigen
Bodens von seinem Feuchtigkeitsgehalt abhängt. An trockenem Beton wurde z.B ein
Widerstand von 10 Q gemessen. Dieser Untergrund ist für die Ableitung elektrostatischer
Aufladungen über seinen Querschnitt nicht geeignet.
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Ein wesentlicher Nachteil dieser elektrostatische Ladungen ableitenden
Beschichtungen ist ihre Eigenschaft, daß in horizontaler Richtung, z.P. auf ihrer
Oberfläche, mit steigender Entfernung der Meßpunkte steigende Widerstände gemessen
werden, so daß beim Abstand der Meßpunkte von mehrerer Metern der höchstzulässige
Widerstand überschritten wird.
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Es wurden schon Versuche unternommen, durch Einlegen von Bändern,
Geweben und Netzen aus leitfähigen Materialien elektrostatische Ladungen über den
Belags- und Substrat-oder einen Teil des Substratquerschnittes abzuleiten. Sie scheiterten
daran, diese leitfähigen Materialien in einfacher, kostensparender Weise kraftschlüssig,
hohlraumfrei in einer Ebene (ohne Verwerfungen) und verschiebefest auf dem Substrat
zu befestigen (verkleben), damit sie mit der relativ dünnen 2 - 3 mm dicken, mit
Füllstoffen versehenen Kunstharzmasse in einem gleichbleibenden Abstand zwischen
oberkante des elektrischen Leiters und Oberfläche der Beschichtungsmasse überspachtelt
werden können.
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Diese elektrischen Leiter müssen bei ihrem Einsatz bestimmte Dimensionen
aufweisen, die durch ihre Materialeigenschaften (z.B. Festigkeit, elastisches Verhalten)
bestimmt werden.
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Verwendet man als elektrischen Leiter mit einer Dimension Höhe = Breite
(0,5 - ca. 1 mm) z.B. Cu-Netze, muß die Belagdicke um diesen Betrag erhöht werden,
um die gleiche mechanische Belastbarkeit des Belages zu erzielen wie bei seiner
Verwendung ohne elektrischen Leiter. Dadurch schafft man gleichzeitig Störstellen
zwischen Belag und Untergrund, weil zwischen dem Kunststoff und dem Untergrund einerseits
und dem Kunststoff und den elektrischen Leitern andererseits im allgemeinen beträchtliche
Haftungsunterschiede bestehen, die bei mechanischen Belastungen zu Unterbrechungen
der
gleichmäßigen Spannungsübertragung zum Untergrund führen, was
Schäden in der Beschichtung zur Folge hat. In viel stärkerem Maße treten nachteilige
Folgen auf beim Einsatz von Bändern als elektrische Leiter, die die Maße Breite
> Höhe (z.B. 10 x 0,2 mm) aufweisen. Hier kommt es vielfach zu einer fortschreitenden
Rißbildung in der Beschichtungsmasse.
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Die Eigenspannungen dieser leitfähigen Materialien in anwendungstechnisch
manipulierbaren Dimensionen lassen es nicht zu, sie auf großen Flächen völlig plan,
die Fläche an jedem Punkt berührend, zu verlegen.
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Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Methode zu finden, die unter
Vermeidung der obengenannten Nachteile eine sichere Ableitung elektrostatischer
Auf ladungen der gesamten Belagsfläche garantiert. überraschend wurde nun ein Verfahren
gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß vor dem Aufbringen der Beschichtungsmasse
auf den mineralischen Untergrund durch Metallspritzen eine den elektrischen Strom
leitende Metallschicht auf den mineralischen Untergrund aufgebracht wird.
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Das Verfahren ist auch deshalb überraschend, weil der nach dem Metallspritzverfahren
aufgebrachte Metallfilm gut auf dem mineralischen Untergrund haftet und somit eine
Ableitung elektrostatischer Auf ladungen gewährleistet.
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Zweckmäßigerweise wird der mineralische Untergrund von allen als Trennmittel
bildenden Filmen (Zementschlämme, Verschmutzungen, Staub, Feuchtigkeit, Öle, Bitumen
usw.) befreit. Dieses kann durch übliche Methoden wie Sandstrahlen oder mittels
eines Flammstrahlgerätes geschehen. Auf diesen so vorbereiteten Untergrund wird
in bekannter Weise durch Metallspritzverfahren eine den elektrischen Strom leitende
Metallschicht aufgebracht. Dabei kann die Metallschicht eine Dicke von 10 - 100
um aufweisen. Bevorzugt sollte eine Schichtdicke von 20 - 50 um erreicht werden.
Die Schichtdicke und die dabei entsprechend 2 verbrauchten Metallmengen (0,2 - 1,5
kg/m2) wird nach unten begrenzt durch eine noch ausreichende Leitfähigkeit der Schicht
und die daraus resultierende Ableitung auftretender Aufladungen und weiter in ihrer
Dicke nach oben begrenzt durch den wirtschaftlich vertretbaren Einsatz der Metallmenge.
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Als bevorzugte Metalle zur Erzeugung der leitenden Metallschicht finden
Aluminium, Kupfer oder Zink ihre Anwendung.
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Nach dem Aufspritzen des Metalls wird die metallisierte Oberfläche
mittels in diese Fläche hineinragender Erdungsbänder aus Kupfer, Messing oder Blei
an ein Erdpotential angeschlossen. Zweckmäßigerweise werden diese Erdungsbänder
in einem Abstand von 5 - 10 m angeordnet und an eine Erdsammelleitung mittels lösbarer
Schraubverbände angeschlossen. Jetzt kann die Beschichtung des metallisierten Untergrundes
mit
einer den elektrischen Strom leitenden Masse auf der Basis von
Reaktions-Kunststoffen (z.B. ungesättigte Polyester, Epoxide, Polyurethane) erfolgen.
Diese Reaktions-Kunststoffe werden in bekannter Weise mit den elektrischen Strom
in begrenzter Weise leitenden Füllstoffen gemischt. Diese Verschleißbeläge haben
eine Dicke von 1,5 - 3 mm. Die Haftung des Beschichtungsmaterials zur Metallspritzung
erwies sich als ausgezeichnet, so daß keinerlei Störstellen, wie sie z.B. bei der
Verlegung von leitfähigen Bändern entstehen können, auftreten. Die gegen Erde gemessenen
Ableitwiderstände des Bodens waren nach der Metallbeschichtung und der darauf folgenden
Beschichtung in der verschleißfähigen Belagsmasse überall gleichmäßig. An allen
Punkten des Beschichtungsuntergrundes wird also ein gleichbleibender Widerstand
garantiert.
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Sollte der zu beschichtende mineralische Untergrund nach seiner Vorbehandlung
durch Sandstrahlen erhebliche Unebenheiten oder Rauhtiefen aufweisen, ist es günstig,
einen Grundierungsanstrich und anschließend eine Egalisierungsspachtelung mit einer
Masse auf der Basis von Reaktions-Kunststoffen aufzutragen.
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Diese Egalisierungsspachtelung wird mit feinkörnigem Quarzsand abgestreut.
Nach der Erhärtung dieser Spachtelung erfolgt die Metallisierung der Fläche mittels
des bekannten Metallspritzverfahrens. Auf diese Metallfläche wird dann in üblicher
Weise der Verschleißbelag aufgebracht.
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Durch dieses System wird eine sichere Ableitung entstehender Aufladungen
auf der gesamten Belagsfläche gewährleistet.
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Anhand der nachfolgenden Beispiele wird das erfindungsgemäße Verfahren
noch näher erläutert.
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Beispiel 1 Durch leichtes Sandstrahlen wird der Estrich von der aufliegenden
Zementschlämme befreit. Der Ableitwiderstand dieser Fläche beträgt ca. 107 . Mittels
eines handelsüblichen Lichtboden-Metallspritzgerätes wird eine dünne Kupferschicht
auf diesen Untergrund aufgespritzt. Dabei wurden die in die Fläche hineinragenden
Erdungsbänder aus Kupfer (0,5 mm dick und 20 mm breit) mit überspritzt. Anschließend
wurde die Fläche durch Abkehren und Absaugen von Kupferabbrand befreit und die Horizontal-Leitfähigkeit
auf der Kupferschicht gemessen. Der Meßwert betrug auf 10 m Länge 0,8 Q. Anschließend
wurde die Schlußbeschichtung in einer Dicke von 2 mm mit Polyepoxid, welche durch
geeignete Füll-4 stoffe einen Durchgangswiderstand von 104 Q aufwies, ausgeführt.
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Nachdem die Erdungsbänder in herkömmlicher Weise an ein Erdpotential
angeschlossen wurden, erfolgte die Messung
des Ableitwiderstandes,
der sich an allen Meßpunkten der Versuchsfläche zu 2 x 10 Q ergab.
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Beispiel 2 Der Betonboden wurde mittels Flammstrahlgerätes (Acetylen-Sauerstoffbrenner)
thermisch geschält und anschließend durch Abkehren und Absaugen von lose aufliegenden
Teilen befreit. Nach der Grundierung mit einem niedrig-viskosen unpigmentierten
Polyepoxid wurde nach dessen Erhärtung eine Kratzspachtelung mit einer auf Epoxidbasis
formulierten Spachtelmasse, die einen Durchgangswiderstand > 107 Q besaß, aufgetragen.
Noch im frischen Zustand wurde diese Spachtelschicht mit einem feinkörnigen Quarzsand
(Körnung 0,1 - 0,2 mm) dicht abgestreut. Nach der Erhärtung dieser Spachtelmasse
erfolgte das Verlegen der Erdungsbänder.
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Anschließend wurde - wie unter Beispiel 1 beschrieben -der Untergrund
mit Kupfer gespritzt, wofür ca. 1,1 kg/m2 Kupfer benötigt wurde Allerdings wurde
diese Kupferspritzung nicht vollflächig, sondern in einer netzförmigen Struktur
ausgeführt. Die Maschenweite des "Netzes betrug ca. 3 cm.
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2 Der Kupferverbrauch belief sich auf ca. 1 kg/m . Danach erfolgte
die 2 mm dicke Schlußbeschichtung mit einer Beschichtungsmasse auf der Basis eines
Polyepoxides, welche einen Durchgangswiderstand von 10 Q besaß. Nach der Erhärtung
dieser Beschichtungsmasse und dem Anschluß der Erdungsleitungen
an
ein Erdpotential wurde der Ableitwiderstand der Beschichtung an allen Meßpunkten
mit 4 x gemessen.