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Ein kleiner Leitfaden Entladung

Ionisierte Blasluft

Übersicht


1 Was ist ionisierte Blasluft?

2 Ionisierte Luft im Hausgebrauch

3 Wie wird ionisierte Blasluft im industriellen Bereich verwendet?

4 Wie wird ionisierte Blasluft erzeugt?

5 Anwendungsbeispiele

 1 Was ist ionisierte Blasluft?


Ionisierte Blasluft ist nichts anderes als strömende Luft die positive und / oder negative Ionen transportiert. Wie diese Ionen erzeugt werden wird im Artikel Basiswissen Elektrostatik ganz einfach erklärt. Bei diesen Ionen handelt es sich um elektrisch wertige Atome der Luft, also um elektrisch geladene Gasatome aus der Luft die wir auch einatmen. Unsere Atemluft ist ein Gasgemisch und besteht hauptsächlich aus Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und in geringen Mengen auch aus Edelgasen. In einer Hochspannungskorona eines Ionisationsgerätes werden die Gasatome elektrisch wertig. Es entstehen je nach Polarität der Spannung positive oder negative Gasionen. Im Artikel Ladung beseitigen erfahren Sie wie das an einem Ionisationsgerät funktioniert.

Die in der Korona an einer Ionisations-Nadelspitze generierten Gasionen lassen sich von einem Luftstrom dorthin treiben wo sie zur Beseitigung elektrostatischer Ladung benötigt werden. Die Gasionen können dann auf den elektrostatisch geladenen Oberflächen mit deren Ionen Elektronen austauschen. Beides, die Gasionen wie auch die Ionen auf den Oberflächen werden dabei wieder elektrisch neutral.



 2 Ionisierte Luft im Hausgebrauch


Der besondere Haarföhn

Ein Anwendungsbereich ionisierter Blasluft dürfte vielen Damen mit langen Haaren bekannt sein. Auf dem Markt werden Haarföhne angeboten die laut Werbung die Haare ionisieren. Dieses Ausstattungsmerkmal wird auch mit Ionen-Technology, Ionen-Funktion, Ionen-Trockner, Ionen-Generator, Profi-Ionen-Trockner und unendlich viel mehr fantasievollen Namen bezeichnet. Gemeint ist damit aber immer, dass die Haare elektrostatisch entladen werden während sie geföhnt werden. Letztendlich handelt sich sich hierbei also um die einfache zusätzliche Möglichkeit Haare die sich während dem Föhnen, also während dem Trocknen und Bürsten elektrostatisch aufladen können, gleichzeitig elektrostatisch entladen zu halten. Die Haare stellen sich dann nicht mehr auf.

Warum stellen sich die Haare auf wenn sie elektrostatisch geladen sind? Ganz einfach, weil während des Trockenvorgangs selbst und auch während des Bürstens der Haare durch Reibung elektrostatische Ladung entsteht. Dieses Ladungspotential auf jedem einzelnen Haar hat dann meistens entweder nur positive oder nur negative Polarität. Und gleiche Polaritäten stoßen sich nun mal voneinander ab. Da stellen sich die Haare auf.

Ob der gewünschte Effekt eines derartig ausgerüsteten Föhns auch eintritt hängt an der eigentlichen Qualität und Leistung dieses kleinen im Föhn integrierten Ionisationsgerätes. Wenn an den integrierten Ionisations-Nadelspitzen im Föhn in ausreichender Menge in einer an den Spitzen anliegenden Hochspannungs-Korona Gasionen generiert werden, funktioniert dies durchaus. Jedoch muss aus Sicherheitsgründen bei einem handelsüblichen Föhn auf den Einsatz richtig hoher Spannung von bis zu 10.000 V (10 kV) verzichtet werden. Daher kann nur an ganz feinen Ionisationsnadelspitzen im Föhn mit niederer, etwas ungefährlicherer Spannung bei sehr geringem Stromfluss eine winzige Korona erzeugt werden die Gasionen generiert. In der Praxis aber brennen diese feinen Ionisations-Nadelspitzen durch diese Korona nach und nach ab. Diesen Effekt nennt man "Sputtern". Einzelne Atome werden vom Metall der Spitze abgetragen. Aus einer Spitze wird eine Rundung. An dieser Rundung kann sich kaum noch ein starkes Hochspannungsfeld ausbilden das dazu in der Lage ist eine Korona zu zünden. Keine Korona bedeutet, es werden auch keine Ionen generiert.

So kann im Laufe der Zeit ein Nachlassen der Wirkung dieses Entlade-Effektes bemerkt werden. Die Blasluft die dann noch aus dem Föhn strömt, enthält dann praktisch weitestgehend keine der elektrostatischen Entladung dienenden Ionen mehr. Die Haare fangen wieder an sich aufzustellen.


Der elektrostatische Luftfilter

Vorab muss gesagt werden, dass es unterschiedliche Möglichkeiten gibt Luft mittels Hochspannung zu filtern. Hierzu werden Hochspannungs-Luftfilter angeboten. Sie können unterschiedlich funktionieren. Es können zwischen zwei Polen die in der Luft befindlichen Partikel aufgeladen werden, die sich dann an einer Filterfläche niederschlagen können. Oder es wird eine Filterfläche elektrostatisch aufgeladen die dann die in der vorbei strömenden Luft sich befindenden Partikel anzieht und festhält. Hier wird in beiden Fällen auf das einfache physikalische Prinzip „Elektrostatik = Staubmagnet“ zurück gegriffen. Mit diesen sehr wirksamen elektrostatischen Filtern können sogar kleinste Partikel wie Partikel aus dem Zigarettenrauch aus der Raumluft gefiltert werden.


Luftfilter Ionen Gebläse

Mit Vorsicht zu genießen sind jedoch Luftfilter Ionen Gebläse die damit beworben werden mittels Ionen irgendeinen Effekt auf den Menschen und sein Wohlbefinden auslösen zu können. Diese Versprechungen bewegen sich weit weg von der grundlegenden Physik, hin zu esoterischen Themen. Damit kann nur glücklich werden wer naiv daran glaubt. Wissenschaftlich erwiesen bei diesen auf dem Esoterik-Markt angebotenen Geräten jedenfalls ist, dass die Erzeugung von Gasionen mittels Hochspannungs-Korona auch stets mit der Erzeugung von Ozon einhergeht. Mit welcher Leistung und Zuverlässigkeit also in diesen Geräten Ionen erzeugt werden, gibt ebenso auch darüber Ausschlag wieviel Ozon mitsamt seinen Oxidationsprodukten, konkret meistens Stickoxide (NOx), mit der vermeintlich wohltuenden mit Ionen angereicherten Luft mit ausgestoßen wird. Dass Ozon auf die Gesundheit auch durchaus schädigenden Einfluss haben kann ist ebenso wissenschaftlich erwiesen. Daher also auch hier der Rat, dass man bei seltsamen und unbewiesenen esoterischen Versprechungen zunächst einmal über die physikalischen Grundlagen nachdenken sollte, bevor man in diese Wunder versprechende Geräte investiert.



 3 Wie wird ionisierte Blasluft im industriellen Bereich verwendet?


Nach diesem kleinen Ausflug in die Welt der Leichtgläubigen und Naiven kommen wir wieder zurück auf den Boden physikalisch belegbarer Tatsachen. Ionisierte Blasluft wird aus mehreren Gründen in der Industrie eingesetzt.


Zur Erweiterung der Reichweite eines Ionisationsgerätes

Die elektrische wertigen Atome der Luft, also die Gasionen lassen sich von jedem Luftstrom mitreißen. Das Streufeld eines Ionisationsgerätes das mit Gasionen angereichert ist geht nicht sehr weit in den Raum heraus. Die Ionen tauschen entweder untereinander Elektronen aus oder sie lassen sich zur nächsten Gegenelektrode hin ziehen und werden dann wieder elektrisch neutral. Um diese Ionen aber über eine größere Distanz hin nutzen zu können, kann man sie einfach hinweg blasen. Natürlich geht auch dies nicht grenzenlos. Mit zunehmender Entfernung von der Hochspannungs-Korona in der sie generiert wurden, mit zunehmender Zeit entladen sich diese strömenden Ionen innerhalb dieses Luftstroms. Auch lassen sich Ionen nicht mit strömender Luft durch Schläuche, Rohre oder Düsen transportieren. Sie würden sich gegen die Innenwand und gegeneinander sehr schnell elektrisch entladen.


Die Beseitigung des Staubmagnets Elektrostatik

Sucht man im Internet nach „ionisierter Blasluft“ werden einem häufig erstaunliche Aussagen angezeigt. Eine dieser Aussagen lautet sinngemäß: „Durch das Abblasen mit ionisierter Luft wird das Ablöseverhalten anhaftender Partikel von einer Oberfläche hinweg positiv unterstützt.“ Sorry, aber das ist echter Blödsinn. Warum? Ganz einfach: Mag die elektrostatische Ladung und die aus ihr resultierende Klebkraft die auf ein Partikel wirkt auch noch so hoch sein, sie ist trotzdem nicht in der Lage ein durch diese Ladung anhaftendes Partikel wider einer halbwegs ausreichenden Luftströmung festzuhalten.

Mag also ein Partikel noch so stark geladen sein und dadurch irgendwo anhaften, Sie können es einfach hinweg pusten, vorausgesetzt es ist groß genug damit Ihre Blasluft ausreichend Angriffsfläche findet um es aufzuwirbeln. Die elektrostatisch geladene Oberfläche wie auch das hinweg geblasene Partikel sind dann zwar noch immer elektrostatisch geladen, aber das Partikel ist trotzdem einfach hinweg geflogen. Dies geschah dabei auch ganz ohne angebliche Unterstützung des Ablöseverhaltens durch elektrostatische Entladung.

Wozu also dann das Ganze mit ionisierte Blasluft? Klar, Sie können elektrostatisch geladene Oberflächen an der Partikel haften mit ganz normaler Blasluft abblasen. Die Partikel fliegen dabei auch weg. Aber die Elektrostatik ist wie gesagt nach wie vor als Staubmagnet auf der Oberfläche vorhanden. Und dieser Staubmagnet zieht auf die schöne von Ihnen sauber abgeblasene Oberfläche wieder alles an, was sich frei und schwebend im Einflussbereich seiner Feldlinien befindet. Es können sich nach und nach wunderschöne Lichtenberg-Figuren bilden (siehe Artikel Basiswissen).

Also können Sie mit einem blasluftunterstützten Ionisationsgerät prozessgleich nicht nur anhaftende Partikel sondern auch gleich noch die elektrostatische Ladung, diesen Staubmagneten hinweg blasen.

Sie können aber auch beide Prozesse, das Abblasen mit strömender Luft und das elektrostatische Entladen voneinander trennen. Dabei sollte man jedoch sofort nach dem erfolgten Abblasen mit neutraler Luft zusätzlich in einem zweiten Arbeitsgang mit einem blasluftunterstützten Ionisationsgerät den Staubmagnet Elektrostatik entfernen. Die Notwendigkeit hierfür liegt darin, dass nun mal eine elektrostatisch entladene Oberfläche auch verschmutzen kann. Da braucht es keine Elektrostatik dafür. Umher schwebende Partikel müssen ja nicht unbedingt vom Staubmagnet angezogen werden. Es genügt wenn sie einfach nur auf die Oberfläche fallen. Also schützen Sie die abgeblasenen, entladenen Flächen wie auch immer vor erneuter Kontaminierung durch  Partikel.

Sie sollten auch beachten, dass nicht nur Elektrostatik als Staubmagnet für ein Anhaften von Partikel sorgt, sondern auch noch andere Oberflächeneffekte dafür sorgen können. So können Feuchtigkeit und Fette oder Öle zu einem Anhaften führen. Bei winzigen Partikeln kommen auch noch verstärkt die sogenannten Van-der-Waals-Kräfte hinzu. Etwas unpräzise ausgedrückt sind das die Kräfte die zwischen Oberflächen der Atome für den Zusammenhalt sorgen. Auch diese Adhäsivkräfte können dafür sorgen, dass Partikel anhaften. Die Elektrostatik ist nicht immer schuld am Verschmutzen von Oberflächen.


Ionen an Hindernissen vorbei treiben

Lässt man ein Ionisationsgerät sein Feld angereichert mit Gasionen streuen, so sollte man darauf achten, dass sich im Streubereich keine Hindernisse befinden. Diese Hindernisse sollten von der Distanz her nicht näher am Ionisationsgerät liegen als die zu entladende Oberfläche. Gut, das ist in produzierenden Maschinen oftmals leichter gesagt als es konstruktiv in die Tat umgesetzt werden könnte. In diesem Fall kann der zusätzliche Einsatz strömender Luft helfen. Mit strömender Luft lassen sich wie geschildert Ionen über eine begrenzte Strecke hinweg in den Raum heraus blasen. Mit dieser strömenden Luft lassen sich aber auch durchaus einige der ursprünglich generierten Gasionen an den Hindernissen vorbei auf schwer zugängliche Oberflächen blasen. Wieviel dieser Ionen dabei dann auf der zu entladenden Oberfläche ankommen, hängt allerdings an einigen Einflussfaktoren die in etwa abgeschätzt werden müssen. Das wären unter Anderem: Wie leistungsstark ist das Ionisationsgerät? Das heißt, wieviele Gasionen stehen denn für dieses Treiben zur Verfügung? Ein sehr leistungsfähiges Ionisationsgerät beantwortet diese Fragen natürlich zu seinem Vorteil. Weiterhin sollte betrachtet werden wie die Hindernisse vom Ionisationsgerät aus gesehen liegen. Bläst man den Strom ionisierter Luft direkt auf das Hindernis, beispielsweise auf ein Lochblech, und erwartet dann auf der anderen Seite des Lochblechs eine gute und schnelle Entladeleistung, wird man enttäuscht werden. Die wenigen Gasionen die von der strömenden Luft getrieben durch die Löcher des Lochbleches hindurch gelangen, werden sehr lange Zeit benötigen um eine Ladung beseitigen zu können. Trotz der strömenden Luft, die die Ionen aber nur teilweise durch die Löcher hindurch reißt, gehen die allermeisten Gasionen gegen das Hindernis das dieses Lochblech darstellt verloren.



 4 Wie wird ionisierte Blasluft erzeugt?


Zunächst muss ein Ionisationsgerät Gasionen generieren und in den Raum heraus streuen. Durch dieses Streufeld oder direkt an ihm vorbei lässt man einfach Luft aus Düsen oder Ventilatoren strömen. Auch von den Grenzflächen der strömenden Luft her wird durch den erzeugten Unterdruck des strömenden Luftvolumens ein Luftvolumen aus dem benachbarten, stehenden Luftraum der mit Gasionen angereichert ist angesaugt und in Richtung der Strömung mitgerissen. Diesen Effekt nennt man übrigens Bernoulli-Effekt. Mit dieser aus dem stehenden, nicht strömenden Luftraum mitgerissenen Luft lassen sich natürlich auch die Gasionen die sich gerade in diesem stehenden Luftraum befinden mitreißen. Das bedeutet in der Praxis, dass man auch seitlich an einem Ionisationsgerät vorbei blasen kann um die von ihm generierten Gasionen in den Raum heraus zu treiben.

Bei allen Methoden ionisierte Blasluft zu nützen sollte jedoch bedacht werden, dass mit zunehmenden Turbulenzen der strömenden Luft die gegenseitige Neutralisierung der Gasionen zunimmt. Am weitesten lassen sich Gasionen daher in einem laminaren, turbulenzfreien Luftstrom bewegen.

Es ist also vollkommen egal ob Sie die Strömung für die ionisierte Luft aus Druckluftdüsen oder mit einem Ventilator erzeugen. Letztendlich zählen die ursprüngliche generierte Menge der Gasionen, die Entfernung, die Strömungsgeschwindigkeit und die erzeugten Turbulenzen eine Rolle ob ausreichend Ionen zur elektrostatischen Entladung auf einer geladenen Oberfläche ankommen.



 5 Anwendungsbeispiele


Abschließend seien noch ein paar gängige Anwendungsbeispiele  ionisierter, strömender Luft aus der täglichen Praxis genannt:

- Elektrostatische Entladung von Kunststoffplatten nach dem

Abziehen der Schutzfolie.

- Elektrostatische Entladung und Ablasen von anhaftenden Partikeln

von Kunststoff-Oberflächen vor dem Lackieren.

- Entladung frisch gespritzter Kunststoffteile an einer Spritzgussmaschine

- Entladung kleiner Kunststoffteile in einem Sortiertopf während

der Vibrationen

- Entladung und Abblasen optischer Oberflächen vor der Vergütung

- Entladung elektronischer Bauteile aus ESD-Gründen

- Entladung frisch geformter Kunststoffflaschen

- Entladung tiefzieh geformter Folie


Stand 25.05.2019