Ionisationsgeräte mit

Wechsel- oder Gleichspannung?

Positiver und negativer Entladungsfunke in einer Faust gebannt

Der richtige Hersteller

AC/DC? Wechsel- oder Gleichspannung?



Taucht in Ihrer Produktion Elektrostatik als störendes Problem auf, stellen sich Ihnen gleich mehrere Fragen die es zu beantworten gilt, bevor Sie dieses Problem in den Griff bekommen können. Durch genaue Beobachtung des Produktionsprozesses ließ sich schnell erahnen, dass Elektrostatik die Störungen verursacht. Sicher setzen Sie sich nun an Ihren Computer und suchen im Internet unter den üblichen Stichworten „Elektrostatik Hilfe“, „Probleme mit Elektrostatik“ oder nur unter „Elektrostatik“ nach Ideen und Problemlösungen. Sie werden auf zahlreiche Hersteller von Geräten stoßen, die scheinbar in der Lage sind Abhilfe zu schaffen. Sie werden aber auch auf Geräte stoßen die eher dem Bereich der Esoterik zugeordnet werden können. Wie bereits an anderer Stelle erwähnt hat Elektrostatik nichts mit Esoterik zu tun. Es handelt sich lediglich um einen physikalischen Effekt der mit sogenannten Ionisationsgeräten in den Griff zu bekommen ist. Vertrauen Sie hier auf einen etablierten Hersteller der Ihnen bestenfalls auch persönliche Beratung vor Ort, an Ihrer Anlage bietet. Ein Ionisationssystem ist immer nur so gut wie der dahinter stehende Support.




Grundsätzlich stellt sich vorab die Frage ob das Ionisationsgerät mittels Wechselspannung oder mittels Gleichspannung Gasionen an den Ionisations-Nadelspitzen generieren soll. Bei der Eingangsspannung die den Hochspannungsgenerator des Ionisationssystems versorgt, dürfte es sich üblicherweise um Wechselspannung handeln. Von diesem Generator aus wird die Hochspannung auf die Ionisations-Nadelspitzen geleitet. Ob dieser Generator nun Wechsel- oder Gleichspannung auf die Ionisationsnadelspitzen leitet, ist eigentlich relativ egal. Wichtig dabei ist lediglich, dass die an den Nadelspitzen ankommende Spannung ausreichend hoch ist, um eine Korona zu zünden in der die Gasionen generiert werden können.

Beim Betrieb mit Wechselspannung werden im Rhythmus der Netzfrequenz, also der Wechselspannungskurve folgend, jeweils oberhalb der Korona-Einsatzspannung (∽±4kV), an einer Ionisations-Nadelspitze abwechselnd positive und negative Gasionen generiert. Bei Gleichspannung werden jeweils nur positive oder nur negative Ionen, je nach anliegender Polarität zur Verfügung gestellt. Letzteres würde natürlich dazu führen, dass entweder nur negative oder nur positive Ladungsfelder eliminiert werden könnten. Wie in der kleinen Animation links am Beispiel einer Folienbahn zu sehen ist, kann eine Folienbahn material- und prozessbedingt durchaus entweder nur negativ oder nur positiv geladen sein. Allerdings können aber auch sowohl positive wie negative Ladungsfelder nebeneinander liegen oder hintereinander abwechselnd unter einem  Ionisationsstab hindurch laufen. Um diese unterschiedlich polaren Ladungsfelder dann auch zeitgleich entladen zu können, erfordert dies also auch quasi zeitgleich positive und negative Gasionen die vom Ionisationsgerät generiert und gestreut werden müssen. Hierfür gibt es unterschiedliche Wege die man mit einem Ionisationsgerät gehen kann.




Positiv und negativ ziehen sich gegenseitig an. So neutralisieren sich diese gegenpoligen Ionen auch in erster Linie gegenseitig und untereinander am stärksten. Und natürlich machen sie dies auch wenn sich Ionen beider Polaritäten gleichzeitig in einem Raum, in dem vom Ionisationsgerät ausgehenden Streufeld befinden. 

Bei Ionisationsgeräten die mittels Wechsel-Hochspannung im Rhythmus der Netzfrequenz, beispielsweise 50/60 Hz, abwechselnd positive und negative Gasionen generieren ist aus diesem Grund mit einer etwas erhöhten gegenseitigen Neutralisierung der positiven wie negativen Gasionen zu rechnen. Dieser Umstand lässt sich jedoch kompensieren. Das betreffende Ionisationsgerät wird daher konstruktiv entsprechend leistungsfähig konzipiert. So können trotz erhöhter gegenseitiger Rekombination der Gasionen zueinander, allemal in ausreichender Menge Ionen generiert werden die eine elektrostatische Ladung schnell genug beseitigen können. Konstruktiv unterscheiden sich Ionisationsgeräte die mit Wechselspannung betrieben werden nur unwesentlich von den Gleichspannungs-Systemen. Im Normalfall verfügen diese Wechselspannungs-Systeme über eine Reihe Ionisationsnadelspitzen an die kontinuierlich Wechsel-Hochspannung anliegt.

Ein weiterer Unterschied zeigt sich bei dem notwendigen Hochspannungskabel das die vom Generator erzeugte Hochspannung zum Ionisationsgerät leitet. Diese Hochspannungskabel müssen bei als Koaxialkabel entsprechend abgeschirmt sein, da von ihnen ein Hochspannungs-Wechselfeld in den Raum ausgeht. Dieses Feld könnte das EMV-Verhalten negativ beeinflussen. Naturgemäß sind die hier zu verwendenden Kabel daher etwas dicker und weniger flexibel als die Kabel über die Gleichspannung geleitet wird.




Eine weitere Möglichkeit elektrostatische Ladungen zu beseitigen ist mit Ionisationsgeräten gegeben, die mit Gleichspannung Gasionen generieren. Hier schauen wir aber mal etwas genauer hin.

Um eine zuverlässige elektrostatische Entladung zu gewährleisten werden je nach zu beseitigender Polarität gleichzeitig positive wie auch negative Gasionen benötigt. Zwar lassen sich die Polaritäten der Ladungsfelder feststellen, aber man sollte sich nicht darauf verlassen, dass sich Polaritäten nicht verändern können. Manche Materialien laden sich nur positiv auf, andere nur negativ. Auch darauf kann man sich aber nicht verlassen. Auf einer elektrostatisch geladenen Oberfläche kann es vorkommen, dass sich positive und negative Ladungsfelder verschieben und wechseln. Um diese undefiniert polar geladene Oberfläche nun richtig entladen zu können, müssen auch von einem mit Gleichspannung betriebenen Ionisationssystem gleichzeitig positive wie negative Gasionen erzeugt werden. So ist es auch in den Bildern ganz oben zu sehen.

Schauen wir uns dazu mal den Aufbau der mit Gleichspannung betriebenen Ionisationsgeräte genauer an, so erkennen wir unterschiedliche Maßnahmen die dies ermöglichen. Manche Systeme haben zwei voneinander getrennte Reihen Ionisations-Nadelspitzen. An der einen Reihe wird nur die positive Polarität der Gleichspannung angelegt, an der anderen Reihe nur die negative Polarität. Isoliert und getrennt voneinander werden so also auf den Spitzen beider Reihen gleichzeitig positive und negative Gasionen generiert. Ob sich diese positiven wie negativen Ionen nun mehr oder weniger stark zueinander rekombinieren, also sich gegenseitig entladen können, hängt zunächst von der Entfernung der beiden Spitzenreihen zueinander ab. Stehen die mit unterschiedlicher Gleichspannung versorgten Ionisations-Nadelspitzen sehr dicht zueinander, finden sich die unterschiedlich polaren Ionen sehr schnell zueinander und tauschen Elektronen aus. Vergrößert man am Ionisationsgerät konstruktiv die Distanz zwischen positiv und negativ versorgter Spitzenreihe, vergrößert man automatisch die Distanz der positiven zu den negativen Gasionen. Damit verringert man automatisch die gegenseitige Rekombination der Ionen. Legt man dann an diese weit voneinander entfernten, mit unterschiedlicher Gleichspannung versorgten Ionisations-Nadelspitzen eine ausreichend hohe Spannung an, können positive wie negative Gasionen ungehindert relativ weit in den Raum heraus streuen. Allerdings setzt auch hier wieder die Physik ihre Grenzen. Auch hier kommt es innerhalb des relativ großen Streufelds zu einer gegenseitigen Rekombination der Gasionen untereinander und zu anderen Atomen innerhalb des Streufelds. Wie weit und wie effizient sich innerhalb dieses Streufelds dann noch Ladungen beseitigen lassen, kann man dann beispielsweise durch Versuche die von Feldstärke-Messungen begleitet werden ermitteln.




Mit Gleichspannung betriebene Ionisationsgeräte die entweder nur von einer Reihe Ionisations-Nadelspitzen oder auch nur von einer einzelnen Spitze ausgehend positive und negative Gasionen generieren sollen, müssen hierfür entsprechend gepulst, also getaktet werden. Das bedeutet, dass man entweder am Generator oder am Ionisationgerät selbst einstellen kann wie lang jeweils nur positive oder nur negative Spannung an den Ionisations-Nadelspitzen anliegt. Während dieses voreingestellten Zeitraums werden dann entsprechend jeweils nur positive oder nur negative Gasionen in den Raum heraus gestreut. Da sich dann in diesem Zeitraum immer nur Ionen einer Polarität im Streufeld befinden, kann auch von einer geringeren gegenseitigen Rekombination ausgegangen werden. Die Reichweite der streuenden Gasionen  in den Raum heraus, kann durch diesen Effekt erweitert werden.




Welches der zahlreichen auf dem Markt angebotenen Systeme nun letztendlich für Ihren Anwendungsfall in Frage kommt, sollte trotzallem als erstes gemeinsam mit einem auf Ionisationssysteme geschulten Fachmann an Ihrer Produktionsanlage, zu Ihrem Anwendungsfall erörtert werden. Noch ein kleiner Tipp: Ein seriöser Hersteller stellt Ihnen auch mal eine Versuchsanlage zur Verfügung mit der Sie testen können ob die vermeintlich durch Elektrostatik verursachten Störungen auch erfolgreich beseitigt werden können.



Stand 16.06.2019

Wrechselnde Ladungsfelder auf einer Folienbahn vor und nach dem Ionisationsstab

Ionisationsgerät mit Wechselspannung

Ionisationsgerät mit Gleichspannung

Pulsen eines Ionisationsgeräts

Fazit

Wir freuen uns wenn Sie aus unseren Seiten Nutzen ziehen können und mit dem einen oder anderen Hinweis vielleicht sogar in Ihrer Produktion Schaden vermeiden können. Oder vielleicht konnten Sie mit unseren Tipps Ihre Produktion auch nur ein klein wenig  optimieren. Auch darüber würden wir uns sehr freuen, und natürlich auch über eine kleine Anerkennung,

Herzlichen Dank für Ihre Unterstützung!*

Ihr Elektrostatik Hilfe Team

* Selbstverständlich erhalten Sie gegebenenfalls einen Spendenbeleg

für Ihre freundliche Unterstützung dieses freien und privat finanzierten Projekts.