Elektrostatik bei der Selbstklebe-Etikettierung

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Elektrostatik entsteht bereits bei der Abrollung

Staubpartikel unter dem Etikett

Mit Etikett überklebtes Partikel Beispielbild 1 auf Elektrostatik Hilfe
Mit Etikett überklebtes Partikel Beispielbild 2 auf Elektrostatik Hilfe
Etikettierte Füllgefäße Karpulen, Vials Beispielbild auf Elektrostatik Hilfe

Kunststoffgefäße laden sich elektrostatisch auf

Problemlösungen mit Ionisationssystemen



Etwas genauer gesagt handelt es sich eigentlich um das Thema "Elektrostatik bei der Selbstklebe-Etikettierung". Denn genau in dem Moment wenn das Selbstklebe-Etikett an der Spendelippe von der silikonierten Trägerbahn abgezogen wird, findet ein massiver Trennvorgang zwischen zwei Oberflächen statt. Wie auch schon im Kapitel Basiswissen Elektrostatik nachzulesen ist, entsteht während Oberflächen voneinander getrennt werden Elektrostatik. Bei den beiden Materialien die sich während des Etikettierens voneinander trennen handelt es sich um den Klebstofffilm des Etiketts und der Silikontrennschicht der Trägerbahn. Beide Materialien sind zudem noch sehr gute elektrische Isolatoren, die sich sehr stark elektrostatisch aufladen können. Genau in dem sehr kurzen Moment der Trennung des Klebers vom Silikon, also dem eigentlichen Etikettieren über die Spendelippe hinweg kann sich sogar sehr schnell enorm hohe Elektrostatik aufbauen. Dabei kann es dann ebenso sehr schnell geschehen, dass die von dieser Ladung in den Raum heraus streuenden Feldlinien das fast schon von der Trägerbahn (hellblau) abgelöste Etikett (blau) aus seiner sauberen Führung über die Spendelippe (grün) hinweg, bringen. Wie von Zauberhand kann das Etikett dabei entweder vorschnell an das zu etikettierende Objekt (violett) heran schnalzen oder es wird von ihm abgestoßen. Ganz nach Belieben, sprich je nach Polarität, geschieht dies und hinterlässt ein falsch sitzendes Etikett oder Falten im aufgeklebten Etikett.




Grundsätzlich entsteht bereits bei der Abrollung der Etikettenbahn elektrostatische Ladung. Besonders bei Kunststoffetiketten spürt man in der Nähe eines Etikettenwickels das starke Streufeld der Ladung die einem die Haare sträuben lässt. Sofern man selbst gerne mal eine geschossen bekommt, wird man es nicht für notwendig erachten an dieser Stelle einzugreifen.

Allerdings können von dieser Ladung die während der Abrollung entsteht auch Gefahren ausgehen. Personen könnten einen elektrischen Schlag durch einen Entladungsfunken bekommen, sollten sie diesem geladenen Wickel zu nahe kommen. Durch die dadurch verursachte Schreckreaktion könnte es in der Folge zu einem Unfall kommen. In den Artikeln Einführung in die Elektrostatik und Rollenwickel finden Sie noch weitere Informationen zu diesen Problematiken.

Im Bereich eines Etikettierers kann einem aber ebenso der Umstand, dass sich eine Etikettenbahn durch ihre elektrostatische Ladung irgendwo ankleben möchte zu schaffen machen. Dies kann besonders dort geschehen wo die Bahn quasi aus ihrer Zwangsführung entlassen ist, beispielsweise in einem sogenannten Speicher in einer Druckmaschine oder einer Umrollung wo die Bahn frei hängend verläuft. Natürlich spielt auch die Tatsache "Elektrostatik = Staubmagnet" eine große Rolle. Aber dazu im folgenden Kapitel noch etwas mehr.




Natürlich sollten die zu etikettierenden Oberflächen immer sauber sein. Sollte mal ein winziges Partikel zufällig mit einem Etikett überklebt werden, so wird man es als kleine Erhebung im Etikett deutlich erkennen können. Größere Partikel lassen sich dann sogar sehr gut erfühlen. Für das abgefüllte Produkt stellt dies keinerlei Mangel dar. Betrachtet man jedoch als Verbraucher ein Produkt im Verkaufsregal etwas genauer während man eine Kaufentscheidung treffen möchte, könnte einem dieser kleine, eigentlich nur optische Mangel, auffallen. Man würde wahrscheinlich sofort assoziieren, dass es sich um eine Verschmutzung handeln könnte die einfach überklebt wurde. Als Verbraucher würde ich wegen dieser Assoziation eventuell nicht zu einem Produkt greifen das wie in diesem Fall quasi etwas "unsauber" etikettiert worden ist. Extrem problematisch zeigen sich diese unter dem Etikett klebenden Partikel jedoch in den sogenannten Hygienebereichen. Mit großer Sicherheit  würden derart mangelhaft etikettierte medizinische Füllgefäße wie beispielsweise die sogenannten Vials, Kanülen oder Karpulen als unrein und damit nicht anwendbar klassifiziert werden. Sie würden sich doch sicher auch daran stören, sollte sich ein Batzen Undefinierbares unter dem schicken Etikett ihrer edlen Parfümflasche befinden.




Besonders wachsam muss man beim Etikettieren von Kunststoffgefäßen, also elektrisch isolierenden Oberflächen sein. Im Verlauf der Zuführung zur Etikettierung reiben sich diese Oberflächen an Leitelementen und am Transportband. Im Artikel Elektrostatik im Förderbereich können Sie dazu noch so Einiges nachlesen. Jedenfalls kann auch diese über die Förderstrecke hinweg nach und nach angesammelte Elektrostatik mit ihren kraftwirkenden Feldlinien das Etikett während des Spendevorgangs ablenken. Je nach Höhe und Polaritäten der dabei an der Spendelippe aufeinander treffenden Ladungspotentiale führt dies dann ebenso zu Falten im Etikett, zu Falschplatzierungen oder dazu, dass sich das Etikett um eine Anpresswalze wickeln kann. 




Nun, es ist vollkommen egal welche Probleme durch Elektrostatik verursacht werden, man muss auf jeden Fall etwas dagegen unternehmen. Fangen wir mal damit an uns den Bereich der Abrollung einer Etikettenbahn genauer anzuschauen. Je nachdem welche Problematik dort auftritt, gibt es verschiedene Ansätze zu Problemlösungen mit Hilfe von Ionisationsstäben, die man jeweils clever bedarfsgerecht platzieren kann.


Ionisation an der Abrollung der Etikettenbahn:


Der Durchmesser des Etikettenwickels verringert sich kontinuierlich während des Etikettierens. Um den kleiner werdenden Wickel stets entladen zu halten, sollten bestimmte Mindestabstände zwischen dem Ionisator und der geladenen Oberfläche eingehalten werden.  Andernfalls riskiert man mit größer werdender Distanz eine zunehmend schlechtere Entladeleistung zu erhalten. Mit einfachen Ionisatoren könnte es also durchaus schwierig werden, das nach und nach ansteigende Ladungspotential im Zaum zu halten und den gefürchteten Wickelkondensator zu bändigen. Ein mechanisches Nachführen des Ionisationsstabs, damit er stets in direkter Nähe zur elektrostatisch geladenen Wickeloberfläche seine Arbeit verrichten kann, ist oftmals praktisch unmöglich. Mit den heutzutage erhältlichen, modernen, leistungsfähigen Ionisationssystemen lässt sich dieses Manko jedoch einfach ausgleichen. Diese Hochleistungs-Ionisationsstäbe können ihr Feld, das sie mit Gasionen anreichern, sehr weit in den Raum heraus streuen. Dazu benötigen sie nichtmal strömende Luft die die Gasionen zur Wickeloberfläche transportieren könnte. Vorausgesetzt der Raum zwischen dem Ionisationsstab und der Wickeloberfläche ist frei und nicht von irgendwelchen dazwischen befindlichen Gegenständen eingeschränkt, kann das Streufeld ohne Weiteres Distanzen von einem Meter und sogar mehr überbrücken. Bitte lesen Sie hierzu auch noch den Artikel Tipps für die Verwendung von Ionisationssystemen. Die vom Ionisationsstab frisch generierten Gasionen werden dabei sogar noch umso stärker von dem Ladungspotential des Wickels angezogen, je stärker sich der Wickel elektrostatisch auflädt. Allerdings hat die Sache auch einen Haken. Erwarten Sie nicht diesen geladenen Wickel komplett elektrostatisch entladen zu können. Denn umgekehrt sehen die im Streufeld befindlichen Gasionen umso weniger Gegenpotential, umso geringer die Ladung des Wickels wird. Es bestehen dann irgendwann ganz einfach keine Anziehungskräfte mehr zwischen den frisch generierten Gasionen und den immer weniger werdenden Ionen an der Oberfläche des Wickels. Aber man kann sich trösten. Um an der Abrollung einer Etikettierung eine zufriedenstellende Entladung zu erhalten genügt es lediglich ein stark ansteigendes Ladungsfeld zu vermeiden. Man kann in diesem Fall also durchaus mit einer sicherlich noch messbaren Restladung leben.


Betrachten wir einige Positonen an denen jeweils ein Ionisationsstab erfolgversprechend eingesetzt werden kann.


Unter einer der Positionen A, B, C oder D kann je nach Platzverhältnisse und Art der Abrollung ein Ionisationsstab platziert werden.

Bei der Position A ist darauf zu achten, dass es beim Be- und Entladen der Abrollung mit dem Wickel oder des Wickelkerns nicht zu einer Kollision kommen kann.

Die beiden Positionen B und C bieten Platz für die Unterbringung eines Ionisationsstabs von schräg unten. Hierbei sollte aber darauf geachtet werden, dass der Ionisationsstab so integriert wird, dass man nicht aus Versehen darauf treten kann. Diese mechanische Belastung könnte zum Durchbiegen und zur Zerstörung des Ionisationsstabs führen. In diesen Positonen B und C besteht auch die Gefahr, dass es schneller zu übermäßiger Verschmutzung des Stabs kommen kann.

Etwas vorteilhafter wäre die Positionierung D zu sehen. Geschützt unter der ersten Umlenkwalze könnte der Ionisationsstab in Richtung des Wickels blicken und seine Arbeit verrichten. Dabei sollte aber darauf geachtet werden, dass das vom Stab ausgehende Feld der streuenden Gasionen nicht durch diese Umlenkwalze eingeschränkt wird. Das heißt, man sollte den Stab so platzieren, dass er nicht von hinter der Umlenkwalze hervor schauen muss, sondern noch von der Abrollung aus gesehen etwas vor der Umlenkwalze steht. Dreht man dann die Blickrichtung des Stabs noch etwas zur ablaufenden Bahn hin, schlägt man zwei Fliegen mit einer Klappe. Der Stab kann dann nicht nur den ansteigenden Wickelkondensator dämpfen, er kann ebenso noch einen großen Teil der Ladung beseitigen, die die ablaufende Bahn mit in den weiteren Bahnverlauf herein schleppen würde.

Von einer der Positionen E oder F heraus könnte ein Ionisationsstab das von der Abrollung her stammende Ladungspotential beseitigen. Eine elektrostatische Entladung des Wickels wäre aus einer dieser beiden Positionen heraus natürlich nicht mehr möglich. Aber hier kann die Beseitigung des vorhergehend entstandenen Ladungspotentials zumindest das gesamte Ladungspotential der Etikettenbahn in ihrem weiteren Verlauf dämpfen und eventuell sogar dafür sorgen, dass es an kritischen Stellen nicht zu Störungen durch Elektrostatik kommt.


Ionisation an der Spendelippe


Die weitaus häufigsten Probleme mit Elektrostatik beim Etikettieren zeigen sich wie erwähnt an der Spendelippe, während sich das Etikett von der Trägerbahn löst. Hier gilt dann der eherne Grundsatz, dort wo die Elektrostatik stört muss sie auch beseitigt werden. Nicht davor und nicht dahinter. Das bedeutet, man muss sich bei der Problemlösung auch direkt auf diesen einzigartigen Trennvorgang konzentrieren und exakt dort mit einem Ionisationstab ansetzen. Dieser Stab muss so platziert werden, dass sein Streufeld die Vorderkante der Spendelippe ungehindert erreicht. Gegebenenfalls muss man halt die ein oder andere kleinere Umbaumaßnahme durchführen und beispielsweise mit der Anpresswalze etwas zur Seite rücken um dem Stab Platz zu machen. Ob der Stab dabei von vorne oder von hinten auf diesen Trennvorgang schaut spielt weniger eine Rolle, wenn man darauf achtet, dass sein Streufeld direkt an die Spendelippe heran kommen kann.




Die Anforderung hierbei ist es, nicht das komplette Füllgefäß elektrostatisch zu entladen, sondern lediglich die Oberfläche auf der anschließend das Etikett aufgebracht wird. Unmittelbar vor der eigentlichen Etikettierung lässt sich hierfür ganz einfach ein Ionisationsstab platzieren. Um zu vermeiden, dass ein Großteil der vom Stab generierten Gasionen gegen eventuell vorhandene Leitelemente verloren geht, sollten die Leitelemente vor dem Stab so weit wie möglich ausgespart bleiben um dem Stab möglichst viel freie Sicht auf die zu etikettierende Oberfläche zu gewähren. Je weniger hier das Feld des Ionisationsstabs eingeschränkt wird, umso besser seine Entladeleistung.




Der Einsatz von strömender Luft, also durchaus auch gezielter Druckluft, ist fast zwangsläufig erforderlich um eventuell an der Oberfläche befindliche Partikel direkt vor der Etikettierung zu entfernen. Lediglich die elektrostatische Entladung vor dem Etikettieren genügt nicht um die Partikel zu entfernen. Sie wären zwar entladen, würden aber noch immer an der Oberfläche hängen. Es spielen ja nicht nur die aus der Elektrostatik resultierenden Klebkräfte eine Rolle, sondern ebenso Adhäsivkräfte oder auch die sogenannten Van-der-Waals-Kräfte.

Es wird also unter Umständen schon eine gewisse kinetische Energie der strömenden Druckluft notwendig um die Partikel von der Oberfläche weg zu blasen. Schräg gegen die Laufrichtung der Füllgefäße können beispielsweise Flachstrahldüsen installiert werden, die gezielt auf die Oberfläche blasen und die Partikel ablösen. Der Bereich in dem man diese Abreinigung vornimmt sollte eingehaust werden um zu vermeiden, dass aufgewirbelte Partikel das Umfeld kontaminieren oder geradezu zum Possen in den Bereich herein gewedelt werden wo das Etikett über die Spendelippe läuft und dabei auch noch kurzzeitig die Kleberschicht frei und ungeschützt ist. Sie könnten darauf warten, dass selbst bei einer elektrostatischen Entladung in diesem Bereich rein mechanisch Partikel auf dem Kleber landen würden.


Horst Engelmann

Im Mai 2020


Technische Änderungen vorbehalten

Darstellung eines Rollenwicklers  auf Elektrostatik Hilfe
Beispiele Ionisation an einem Rollenwickler auf Elektrostatik Hilfe
Legende zur Schemadarstellung Ionisation an Spendelippe auf Elektrostatik Hilfe
Schemadarstellung Ionisation an Spendelippe

Kunststoffgefäße vor dem Etikettieren elektrostatisch entladen

Schemadarstellung Ionisation an Spendelippe mit zwei Ionisationsstäben auf Elektrostatik Hilfe

Staubpartikel von der zu etikettierenden Oberfläche entfernen

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