Beispiele kritisch zu fördernder Produkte

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Zu welchen Problemen führt Elektrostatik

im Förderbereich?



Natürlich gibt es nicht bei jedem Produkt im Förderbereich Probleme die durch Elektrostatik verursacht werden. Aber grundsätzlich gelten natürlich auch hier all die Parameter die auf die Entstehung der Elektrostatik Einfluss haben. Als Erstes spielt natürlich das Material aus dem das zu fördernde Teil beschaffen ist eine Rolle. Elektrisch isolierendes Material kann sich bei Reibung auf einem Transportband oder an den Leitelementen elektrostatisch sehr stark aufladen. Handelt es sich zudem beim Fördergut um leichte Gegenstände, lassen sich diese dann auch noch durch die Feldlinien der Elektrostatik und den daraus resultierenden Kräften sehr leicht von irgendetwas anziehen oder abstoßen. Kurz gesagt: Mit kleinen leichten Gegenständen aus elektrisch nicht leitfähigem Material gibt es die größten Schwierigkeiten die durch Elektrostatik verursacht werden.

Sprechen wir also von Teilen die durch diese Störungen beim Fördern beeinträchtig werden, meinen wir nicht Kartoffelsäcke, vollgepackte Klamotten-Pakete oder Schuhschachteln. Stattdessen betrachten wir in den nachfolgenden Beispielen kleine Füllgefäße aus den elektrisch isolierenden Materialien Kunststoff oder Glas. Und in den weiteren Beispielen sind wiederum die kleinen Füllgefäße gemeint, die insbesondere in der Pharma-Industrie mit den unterschiedlichsten Wirkstoffen in flüssigem oder pulverförmigen Zustand abgefüllt und dabei auch gewogen werden. Wir meinen hier also die kleinen Vials,  kleine Fläschchen, Kunststoffbecher, Spritzen-kanülen und deren Druckstößel, Karpulen und Kartuschen, Verschlusskappen und Aufschraubdeckel und vieles mehr. Diese kleinen, oft sehr leichten Füllgefäße wie aber auch Einzelteile medizintechnischer Produkte müssen in der Regel aus reinem und damit elektrisch hochisolierendem Material gefertigt sein. Diesem Material dürfen normalerweise keine Antistatika beigesetzt sein, da diese auf die Oberfläche diffundieren und das abzufüllende Produkt kontaminieren könnten. Aufgrund der Vielzahl der möglichen Füllgefäße und Gegenstände die sich von elektrostatischer Ladung negativ beeinflussen lassen, sprechen wir im Weiteren der Einfachheit halber nur von "Teil" bzw. "Teilen".





Fassen wir die kritischsten Einflussparameter mal kurz zusammen:


Reines, elektrisch hoch isolierendes Material aus dem die Teile gefertigt sind.

Geringes Eigengewicht der Teile.

Die Oberflächen der Teile sind frisch gereinigt  oder sogar sterilisiert und sind sehr trocken.

Im Arbeitsbereich herrscht eine geringe relative Luftfeuchtigkeit.

Die Teile werden mit hoher Fördergeschwindigkeit bewegt.

Die aneinander reibenden Gleitflächen sind aus elektrisch isolierendem Material.

Große Flächen reiben aneinander.

Die Reibung geschieht über einen längeren Zeitraum hinweg.






Das Fördergut wird von angesammelter Ladung

der Leitelemente abgestoßen und kippt um.







An den Leit- und Gleitflächen sammelt sich

Ladung an. Irgendwann ist diese Ladung ausreichend

hoch um zum Ankleben der zu fördernden Teile

zu führen. Hier werden Vials von oben betrachtet.





Von den Feldlinien der Ladung ausgehende Kräfte stören

beim Wiegen. An den naheliegenden, nicht auf der Waage selbst befindlichen Anlageteilen oder Leitelementen stoßen sich die Feldlinien ab oder ziehen sich dorthin an. Wiegeergebnisse

werden deutlich verfälscht, laufen aus der gegebenen

Toleranz heraus.


Von den Feldlinien der Ladung ausgehende Kräfte stören beim Füllen. Einzelne Partikel des Füllguts werden entlang der Feldlinien abgelenkt und kommen entweder an der Wandung vom Füllgefäß außen oder innen, am Füllrohr bzw. Fülltrichter oder auf dem Transportband zum Ankleben.




Elektrostatisch geladene Oberflächen wirken wie ein Staubmagnet.  In der Raumluft schwebende oder auf dem Transportband liegende Partikel werden entlang der Feldlinien angezogen.








Bei genauerer Beobachtung des Förderprozesses kann man ganz leicht an klar definierbaren Positionen die Entstehung elektrostatischer Ladung erkennen und entsprechend entgegen wirken. Zunächst kann man auf relativ einfache konstruktive oder auch ablauftechnische Änderungen zurück griefen um ein gefährliches Ansteigen der Elektrostatik zu vermeiden. Die nachfolgenden Darstellungen zeigen Ihnen einige Beispiele. Sicherlich fällt es Ihnen damit nicht schwer in Ihrem Produktionsprozess entsprechende Hotspots zu finden und der Gefahr der elektrostatischen Aufladung entgegen zu wirken.


Aneinander reibende Flächen reduzieren


Durch Reibung der Teile an den Leitelementen und am Transportband wird elektrostatische Ladung auf dem Teil, den Leitelementen und dem Transportband generiert. Je größer die aneinander reibenden Flächen sind, umso stärker entwickelt sich die Elektrostatische Ladung. Obwohl die Ladung direkt nur an den Reibflächen entsteht, verteilt sie sich nach und nach über die gesamte Oberfläche des Teils. Die Ladung kann zunächst nur von allen freiliegenden, sichtbaren Flächen aus über ihre Feldlinien (rote Pfeile) mit Abstoßeffekten oder Klebeffekten wirken. Beispielsweise könnten die Teile an den Leitelementen kleben bleiben oder sich gegenseitig abstoßen. Zunächst können also nur die Feldlinien wirken, die frei in den Raum heraus streuen können. Aber auch auf den verdeckten Flächen (rot), zwischen dem Teil und den Leitelementen und der Bodenfläche des Teils und dem Transportband, entsteht Ladung. Die von dieser zunächst latent vorhandenen Ladung ausgehenden Feldlinien können erst mit mechanischen Kräften wirken, wenn man das Teil aus der Förderstrecke heraus nimmt, also die zuvor abgedeckten Flächen dabei sichtbar werden. In diesem Moment kann die nun hervor tretende Trennladung über ihre Feldlinien ebenso ihre Kräfte spielen lassen und beispielsweise Wiegeergebnisse negativ beeinflussen. Mehr hierzu finden Sie im weiteren Text unten.

Ein spürbare Reduzierung der elektrostatischen Ladung erreicht man unter Anderem durch eine einfache konstruktive Maßnahme, der Reduzierung der aneinander reibenden Flächen. Statt großflächigen, rechteckigen Leitelementen ließen sich runde Stangen als Leitelemente verwenden. Die aneinander reibenden Flächen reduzieren sich hierbei auf dünne Linien. Nachweislich entsteht durch diese relativ simple Maßnahme bereits sehr viel weniger elektrostatische Ladung. Auch hier gilt also: Je kleiner die aneinander reibenden Flächen sind, umso geringer kann sich die elektrostatische Ladung entwickeln.


Gefahr an Bodenflächen in Stoppositionen


Während des Wartens der Teile an einer Stop-Position auf dem sich weiterhin bewegenden Förderband findet sich ein sehr deutlicher Hotspot. Die Elektrostatik bildet sich hier zwischen der Bodenfläche des Teils und dem Transportband (rot). Hier entsteht die Elektrostatik gnadenlos und heftig und steigt mit zunehmender Zeit extrem an. Wenn man bedenkt, dass bereits die geringste, kürzeste und zarteste Reibung mit ihren wenigen, meist nichtmal messbaren Feldlinien störende Ladung verursacht, ist es an dieser extrem ladungsgenerierenden Position dringend geboten Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Sofern es konstruktiv und prozesstechnisch möglich ist sollte dafür gesorgt werden, dass es an diesen Stoppositionen durch taktweisen Stop des Transportbands nicht zu starker Reibung an den Bodenflächen (grün) der Teile  kommt. Manchmal lässt sich dies jedoch nicht oder nicht ganz einfach bewerkstelligen. In diesem Fall sollte zumindest versucht werden die aneinander reibenden Oberflächen (rot)  deutlich  zu reduzieren. Dies ließe sich machen solange damit noch eine ausreichende Führung und Friktion zwischen den Bodenflächen und dem Transportband gegeben ist. Wie weit man tatsächlich dabei gehen kann, zeigen aber nur Praxisversuche an der realen Anlage oder aber ganz einfach .... Ihre Erfahrungen als Konstrukteur und Techniker.


Elektrische Leitfähigkeit der Oberflächen


Weiterhin gilt natürlich auch, dass elektrisch ableitfähige Oberflächen nicht nur bei den Leitelementen sondern auch bei den Transportbändern oder Transport-Kettengliedern vorzuziehen sind. Lässt sich auch dies gegebenenfalls durch Austausch der Transportbänder oder Kettenglieder realisieren, kann sich auf deren Oberflächen praktisch keine oder nur noch sehr wenig Ladung ansammeln und zu Störungen führen. Ist ein Austausch nicht möglich, so kann zumindest versucht werden durch andere, einfachere Maßnahmen eine andauernde oder temporäre elektrische Ableitfähigkeit zu erreichen. Beispielsweise in pharmazeutischen Abfüll- und Verpackungsanlagen ist die Verwendung von Antistatik-Sprays oder Antistatik-Zusätzen meistens ausgeschlossen. Es könnte zu Kontaminierung des abzufüllenden Produkts mit diesen chemischen Mitteln kommen. Diesen Aspekt der elektrischen Ableitfähigkeit sollte man trotzdem etwas entspannter betrachten. Man kann hier auch die Zeit und die auf die Elektrostatik einwirkenden Umstände für sich arbeiten lassen.


Konditionierung der elektrisch isolierenden Oberflächen


Auch hierzu ein Beispiel: Besonders in den pharmazeutischen Abfüll- und Verpackungsanlagen sollten wie bereits erwähnt auch die für die Leitelemente und Transportbänder verwendeten Kunststoffe frei von Zusätzen sein, die aus dem Kunststoff heraus auf die Oberfläche diffundieren können, wie dies bei Antistatik-Zusätzen der Fall ist. Wir haben es hier also mit elektrisch hoch isolierenden Oberflächen zu tun. Natürlich können sich diese Oberflächen sehr stark elektrostatisch aufladen. Sind diese Oberflächen noch neu und sehr sauber, lässt sich darauf sogar oft sehr hohe Ladung messen. Im Laufe der Zeit jedoch beginnen diese Oberflächen sich zu konditionieren. Es können aus der umgebenden Raumluft winzige Partikel aufgenommen werden. Diese Partikel können aus allem Möglichen bestehen. Beispielsweise Fasern, Hautschuppen, Gummiabrieb, eben Feinstäube generell. Wir wollen hier nicht gleich von Verschmutzung der Oberfläche sprechen. Aber dennoch, diese oftmals hygroskopischen Mikro-Partikel sammeln sich selbst in Reinräumen auf den Oberflächen an. Da sie wie gesagt oftmals geneigt sind feinste Feuchtemoleküle aus der umgebenden Raumluft anzusammeln, wird also eine zunächst elektrisch isolierende Oberfläche durch diese feuchteliebenden Partikel nach und nach leicht elektrisch ableitfähig. Auch aus einer relativ trockenen Umgebung wird somit über einen längeren Zeitraum hinweg ein feiner Hauch Feuchte von den Oberflächen aufgenommen. Das ganze findet zwar im mikrofeinen, fast nicht messbaren Bereich statt, aber trotzallen kann man im Laufe der Zeit feststellen, dass sich die eigentlich hochisolierenden Oberflächen langsam aber sicher zu bedingt elektrisch leitfähigen Oberflächen hin entwickeln. Die Neigung dieser Oberflächen elektrostatische Ladung wie ein Kondensator anzusammeln, geht damit nach und nach durch diese natürliche Konditionierung verloren. Irgendwann kann man diese Oberflächen dann nichtmal mehr gezielt elektrostatisch aufladen, selbst wenn man es wollte.

Sicher reinigen Sie in Ihrer Anlage die Leitelemente und Transportbänder regelmäßig. Sie verwenden hierfür bestimmt Reinigungsmittel wie hochprozentigen Alkohol, basische oder saure Sterilisationsmittel. Was auch immer, etwas Wasser oder etwas elektrisch Leitfähiges befindet sich immer in diesen Reinigungsmitteln. Beim Reinigen beseitigen Sie aber nicht nur den Schmutz, Sie tragen dabei auch einen feinen Feuchtefilm auf. Dieser verdunstet zwar meistens spurlos, aber in den tiefsten, feinen Poren der Oberflächen bleibt meistens noch so viel Restfeuchte zurück, dass es eine ganze Zeit lang unmöglich ist diese Oberfläche wie auch immer elektrostatisch aufzuladen. Wie lang dieser Effekt letztendlich andauert, liegt natürlich am Wasseranteil Ihres Reinigungsmittels, an der Aufnahmefähigkeit der Oberfläche und an Ihrer Sorgfalt. Sprich je feuchter Sie reinigen und je aufnahmefähiger die Oberfläche ist, umso besser verbleibt die Konditionierung hin zur elektrischen Ableitfähigkeit. Und je gründlicher Sie die feuchte Oberfläche mit saugfähigem Putztuch dann wieder trocken reiben, umso weniger Restfeuchte bleibt übrig um noch etwas elektrische Leitfähigkeit zu hinterlassen. Schlimmstenfalls generieren Sie beim Trockenreiben der Oberflächen erneute elektrostatische Ladung. Passen Sie hierbei auf. Verwenden Sie zur Reinigung entzündliche Flüssigkeiten könnte sich Ihr Putztuch durch kleinste elektrische Funkenentladungen entzünden. Sie wären dann nicht der erste der plötzlich ein brennendes Putztuch in der Hand hält.




Neben all den konstruktiven Maßnahmen die die störende elektrostatische Ladung reduzieren helfen, bieten sich auch die sogenannten Ionisationssysteme an. Eine schlaue Positionierung eines Ionisationsgerätes direkt dort wo die Ladung stört kann deutliche Abhilfe schaffen. Wie Sie diese Ionisationsgeräte richtig und sinnvoll einsetzen können Sie auch auf der Seite Tipps für die Verwendung von Ionisationssystemen noch etwas genauer nachlesen. Einige Beispiele wie Ionisationsstäbe an einer Förderstrecke angebracht werden können um Teile zu entladen möchte ich Ihnen aber hier noch zeigen. An den Leitelemente (grau) vorbei kann man links und rechts der Förderstrecke senkrecht zwei Ionasationsstäbe stellen. Eine andere, aufwändigere Möglichkeit wäre es, mehrere Ionisationsstäbe neben, über oder unter den Leitelementen anzubringen. Oftmals ist es nicht erlaubt direkt über offene, eventuell auch schon befüllte Füllgefäße Ionisationsstäbe zu installieren. An dieser Position oberhalb der ungeschützten Öffnungen würden diese dort, sofern vorhanden, den laminaren Strom sauberer Luft von oben nach unten beeinträchtigen. Es könnte dort zu unerwünschten Turbulenzen führen, die wiederum Fremdpartikel aufwirbeln und ins Füllgefäß gelangen lassen könnten. In den sogenannten produktberührenden Bereichen wäre dies ein absolutes "No Go".



Sie konnten nun einige Ideen und Vorschläge nachlesen die Sie, so hoffe ich, recht erfolgreich in die Praxis umsetzen können. Assoziieren Sie, machen Sie Versuche, lassen Sie auch Ihre Erfahrungen in mögliche Lösungen einfließen. Egal wie Sie die Beseitigung der störenden Ladung auch angehen mögen, bedenken Sie, dass jede noch so kleine Maßnahme gegen Elektrostatik ein großer Schritt in Richtung Ihrer Problemlösung sein kann.


Ich wünsche Ihnen viel Erfolg.


Horst Engelmann

Im März 2020


Technische Änderungen vorbehalten


Musterdarstellung von Vials,  kleine Fläschchen, Kunststoffbecher, Spritzen-kanülen und deren Druckstößel, Karpulen, und Kartuschen, Verschlusskappen und Aufschraubdeckel

Kritische Parameter die zur Entwicklung

elektrostatischer Ladung verstärkt beitragen

Elektrostatik-Quellen und Gegenmaßnahmen

Leitelemente groß reiben an Füllgefäß und führen zu hoher elektrostatischer Ladung
Leitelemente schmall reiben an Füllgefäß und führen zu geringerer elektrostatischer Ladung

Ionisationssysteme sinnvoll einsetzen

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