Möglichkeiten zur Ladungsbeseitigung

Symbolbild elektrostatische Ladung beseitigen mit Wasser durch einen Stofftierbären

Feuchtigkeit

Verschmutzungen

Beflammen

Ionisierende Strahlung

Antistatik Spray

Antistatik Bürsten und Lametta

Ionisationssysteme? So funktionieren Sie



Nein! Sie müssen nicht gleich die Feuerwehr rufen wenn ein Produktionsprozess durch Elektrostatik beeinträchtigt wird. Obwohl die Idee elektrostatische Ladung einfach mit Wasser hinweg zu spritzen garnicht so abwegig ist. Es genügt ein kräftiger Spritzer Wasser aus einer Sprühflasche. Fein verteilte Feuchtigkeit lässt elektrostatische Ladung sehr schnell von Oberflächen abfliessen. Ob sich diese Feuchtigkeit mit dem Produkt oder der Maschine verträgt ist eine andere Frage.

Auch werden Sie feststellen, dass es bei höherer Luftfeuchtigkeit zu keiner oder nur sehr geringer, kaum spürbarer Aufladung kommt. Umgekehrt knistert es bei sehr trockener Luft. Elektrostatische Ladung kann sich in einem sehr trockenen Bereich sehr viel stärker aufbauen. Der Grund hierfür ist in dem Umstand zu finden, dass sich auch Oberflächen isolierender Materialien bei geringer Luftfeuchtigkeit sehr schlecht oder überhaupt nicht durch mikrofeine Feuchtigkeit konditionieren können. Die Oberflächen bleiben also sehr lange hochisolierend. Der elektrische Oberflächenwiderstand dürfte dabei mit Sicherheit bei größer 10-9 Ω liegen.

In Produktionsbereichen in denen elektrisch isolierendes Material verarbeitet wird, ist es daher ratsam die Luftfeuchtigkeit im Raum oder zumindest regional im unmittelbaren Produktionsbereich bei mindestens 55% relativer Feuchte zu halten um den Oberflächen zumindest eine kleine Chance zu geben sich zu konditionieren. Hierbei dürfen Sie den Faktor Zeit natürlich aber nicht außer Acht lassen. Diese Konditionierung über die Luftfeuchtigkeit findet je nach Materialbeschaffenheit über einen relativ langen Zeitraum statt.




Einen vergleichbaren Effekt Elektrostatik auf isolierenden Oberflächen zu vermeiden erzielen Sie wenn Sie diese Oberflächen im Laufe der Zeit verschmutzen lassen. Schmutz ist natürlich ein sehr weit gefasster Begriff. Aber betrachten wir einmal genauer was beim Verschmutzen einer Oberfläche tatsächlich geschieht und woraus Schmutz bestehen kann, wird es sofort klar, dass auch Schmutz ein prima elektrisch leitfähiges Zeugs sein kann.

Schmutz ist meistens eine Mischung aus Staubpartikeln und Flusen. Diese allein sind schon hygroskopisch. Sie neigen dazu Feuchtigkeit aufzunehmen. Aber Schmutz kann auch noch aus sehr viel mehr bestehen. Produktstäube, Abrieb von Transportbändern, Abrieb aus Walzenlagern, Abrieb von Leitelementen, Reifenabrieb von Hubwagen oder Gabelstaplern, Russpartikel aus Verbrennungsprozessen, Hautschuppen die man als Mensch zuhauf verliert. Oder einfach nur das alles was sich so an winzigsten Partikeln schwebend durch unsere nicht immer ganz so saubere Atemluft hindurch bewegt und sich irgendwann irgendwo mal niederschlägt. Dieser Niederschlag bildet quasi eine mikrofeine Konditionierung der Oberflächen. Diese Mischung aus elektrisch leitfähigen und hygroskopischen Kleinstpartikeln die sich im Laufe der Zeit auf jeder Oberfläche bildet führt zu einer nach und nach zunehmenden, besseren elektrischen Leitfähigkeit. Ganz besonders lässt sich dieser Effekt dort beobachten wo man aus hygienetechnischen Gründen auf Transportbänder zurück greifen muss, die ohne Antistatikmittel auskommen müssen. Selbst diese Transportbänder aus elektrisch hoch isolierendem Kunststoff werden im Laufe der Zeit langsam aber sicher, mit zunehmender Konditionierung, mit jeder feuchten Reinigung an ihrer Oberfläche geringfügig elektrisch leitfähig. Diese minimale Fähigkeit die sich aufbauende Ladung ableiten zu können genügt um sicher zu sein keine hohen Ladungsfelder auf dem Transportband zu generieren.




Stört Elektrostatik Ihren Produktionsprozess, könnten Sie die geladenen Oberflächen auch mit einer Flamme, bestenfalls mit einer wenig rußenden Gasflamme abstreichen. Eine Flamme ist quasi auch eine Art ionisierender Strahlung. Mit der in der Flamme, in sehr hoher Temperatur frei werdenden Ionen lässt sich jede elektrostatische Ladung neutralisieren. Auch wenn durch eine Flamme die Ladung sehr schnell beseitigt werden kann, sollten Sie das doch lieber nicht tun. Es könnte sonst durchaus geschehen, dass Sie doch noch die Feuerwehr rufen müssen.

Etwas Anderes ist es, wenn Sie eine Beflammung gezielt zur Vorbehandlung einer Oberfläche einsetzen um diese bedruck- oder beklebbar zu machen. Als Nebeneffekt wird mit der Flamme gleichzeitig die elektrostatische Ladung neutralisiert.




Auch mit ionisierender Strahlung radioaktiver Substanzen kann elektrostatische Ladung eliminiert werden. In der Praxis wurden hierfür beispielsweise Ionisations-Blaspistolen eingesetzt an deren Spitze sich eine kleine Menge des radioaktiven Metalls Polonium befindet. Die dort generierten Ionen wurden dann mit einem Druckluftstrom auf die zu entladende Oberfläche geblasen. Während zu früheren Zeiten die Handhabung radioaktiv wirkendender Werkzeuge eher etwas sorglos von statten ging, ist man heutzutage sensibilisierter. So finden man nur noch sehr selten Produktionen in denen mit Hilfe radioaktiver Strahlung Elektrostatik beseitigt wird.




Mit Antistatik Spray sprüht man mit dem fein verstäubten Aerosol einen elektrisch leitfähigen Film auf eine Oberfläche. Die eingesprühten Oberflächen werden hierbei mit einem chemischen Mittel benetzt. Dies wiederum kann zu späteren unerwünschten Kontaminationen sensibler Produkte wie Lebensmittel, Pharmazeutika oder Spielzeug führen. Ebenso kann diese Chemikalienbenetzung in nachfolgenden Fertigungsprozessen zu Schmierfilmen und Schmutzanlagerungen führen. Nach einer gewissen Zeit nützt sich dieser leitfähige Film dann auch wieder ab oder geht ganz einfach mit den hinweg geförderten Teilen oder dem weglaufendem Material mit. Man muss also regelmäßig das Einsprühen wiederholen.

Bei diesen Antistatik Sprays handelt es sich um Mischungen von Alkoholen, Alkenen, Salzen, Tensiden, Kohlenwasserstoffen in unterschiedlichsten Rezepturen. Auf jeden Fall sollte beachtet werden, dass es zu Reizungen der Haut und der Schleimhäute kommen kann. Auch können sich diese fein versprühten Aerosole leicht entzünden. Manche sind auch gewässer- und fischschädlich. Reste sollten im Sondermüll entsorgt werden. Die zugehörigen Gefahrenhinweise müssen natürlich unbedingt beachtet werden. Inwiefern Sie sich und Ihrem Produkt aber das Einsprühen mit diesem Antistatik Spray antun obliegt Ihrer Entscheidung.




Antistatik Bürsten mit leitfähigen Naturborsten, Karbonfasern oder feinen Metalldrähten können über ein Erdungskabel dafür sorgen, dass zu den elektrisch geladenen Atomen, den Ionen an den Oberflächen Elektronen hinzu oder abfließen können. Eben je nach Polarität der entstandenen Ladung. Ebenso funktioniert dies mit elektrisch leitfähigem Weihnachtsbaumschmuck, also  Lamettagirlanden aus metallisierter Folie. Auch hier kann über die feinen Flitterfasern von der Oberfläche des Materials Ladung kontinuierlich in Richtung eines anzuschließenden Erdpotentials abgeleitet werden. Beim Einsatz dieser einfachen elektrischen Leiter gilt es natürlich zu beachten, dass die Girlande wie auch die Bürste einer mechanischen Abnutzung unterliegen, während diese über das geladene Material oder an einer Bahnkante entlang schleifen. Es könnten auch Bürstenfasern oder Lamettastreifen abbrechen und in das Produkt gelangen. Bei unsachgemäßer Befestigung könnte eine instabile Lamettagirlande auch abreißen und in die laufende Maschine gelangen. Inwiefern dies alles zu Beeinträchtigungen Ihrer Produktion oder Ihres Produktes führen könnte, unterliegt Ihrer Beurteilung.

Nebenbei muss darauf hingewiesen werden, dass bei der Verwendung von Antistatik Bürsten in explosionsgefährdeten Bereichen höchste Vorsicht geboten ist. Werden in diesen gefährdeten Bereichen diese sogenannten passiven Ionisatoren verwendet, sollte zwischen der isoliert zu befestigenden Bürste und dem Erdpotential ein hoher elektrischer Widerstand geschaltet sein. Dieser muss verhindern, dass es durch die Ableitung der elektrostatischen Ladung von der Oberfläche weg zu Funkenentladungen zu den Bürstenfasern hin kommt. Ziehen Sie bei der Konzipierung eines derartigen Ionisationssystems im EX-Bereich daher unbedingt einen diesbezüglich erfahrenen Fachmann hinzu.




Alle oben genannten Methoden elektrostatische Ladung zu beseitigen haben eines gemeinsam. Sie sind nicht oder nur bedingt industrietauglich oder gewähren nur eine schwer kontrollierbare Prozesssicherheit. In einer produzierenden Anlage sollten aber nach Möglichkeit beherrschbare und möglichst immer gleich bleibende Bedingungen ohne wesentliche Schwankungen herrschen. Oftmals ist es schwierig bis unmöglich die Einflussparameter die die Entstehung der Elektrostatik begünstigen zu regulieren. Oftmals ist es auch nicht vorhersehbar wann und ob Elektrostatik auftritt und stört. Um unter diesen schwankenden Einflüssen zu stabilen Produktionsbedingungen ohne Störungen durch Elektrostatik zu kommen und um Produktionssicherheit zu schaffen, sollte man industrietaugliche Ionisationssysteme einsetzen.

Ionisationssysteme haben viele Namen. Ionisiergeräte, Ionensprühstäbe, Ionisatoren, Ionisierer oder Entelektrisierer. Hiermit sind nur einige wenige genannt. Letztendlich handelt es sich bei diesen Geräten um sogenannte aktive Ionisatoren, um Entladeelektroden die Gasionen mittels Hochspannung generieren. Diese Elektroden gibt es in den unterschiedlichsten Formen. Meistens findet man sie in Form eines Stabes, ähnlich einem runden Besenstiel oder einer eckigen Leiste. Auch gibt es ringförmige, fächerförmige, stiftförmige und sogar biegbare Elektroden. Oft muss die Form eines Ionisationsgerätes auch der jeweiligen Einbauposition angepasst werden können. Manche Hersteller von Ionisationssystemen können auch auf besondere Anforderungen aus unterschiedlichsten Anwendungsbereichen eingehen. So sind beispielsweise auch Ionisationsgeräte lieferbar die sterilisiert werden können. Diese werden in pharmazeutischer oder medizintechnischer Fertigung gefordert.

Zur Erzeugung der Hochspannung werden Transformatoren verwendet. Mit einem Hochspannungskabel werden die Ionisationsgeräte am Transformator angeschlossen. Es gibt Systeme die arbeiten mit Wechselspannung, andere mit Gleichspannung. Diese Spannung wird über ein Hochspannungskabel auf feine Ionisations-Nadelspitzen geleitet. Ab einer bestimmten Hochspannung zündet an dieser Spitze eine kleine Korona. Diese Korona kann man sich wie ein Elmsfeuer an der Spitze eines Schiffsmastes vorstellen. Im Bild unten ist diese Korona violett dargestellt. In dieser Hochspannungs-Korona geschieht etwas mit den Atomen der Luft, den Gasatomen. Stickstoffatome, Sauerstoffatome und auch Atome der Edelgase werden in dieser Hochspannungskorona elektrisch wertig. Wie man sich das vorstellen kann ist hier beschrieben: Etwas Theorie.

Diese elektrisch wertigen Atome der Luft werden Ionen genannt. Je nach Polarität der Hochspannung entstehen positive oder negative Ionen. Hier sind das Ionen der Gase in der Luft. Diese Ionen streuen nun von der Ionisations-Nadelspitze weg in den Raum heraus. Ihr Elektronen-Ungleichgewicht wollen diese Ionen aber so schnell wie möglich wieder ausgleichen. Sie suchen sich im Raum oder an einem Gegenpotential, also auch an irgendeinem Gegenstand in der Nähe Partner, Ionen der anderen Polarität mit dem Elektronen ausgetauscht werden können. Aus den Gasionen sind dann wieder ganz normale elektrisch neutrale Gasatome geworden.


Den stärksten Trend sich einen Partner zum Elektronenaustausch zu suchen haben die Ionen natürlich zum direkten Gegenpotential. Positive und negative Ladungsträger ziehen sich nun mal gerne sehr stark an. Zwischen positiver und negativer Spannung herrscht das größtmögliche Spannungsgefälle. Wenn nun beispielsweise positive Gasionen die sich in ihrem Streufeld, ausgehend von den Ionisations-Nadelspitzen, befinden eine elektrostatisch negativ geladene Fläche sehen, ziehen sie sich gegenseitig an. Gasionen und Ionen auf der Oberfläche tauschen Elektronen aus, werden damit wieder elektrisch neutral und die elektrostatische Ladung ist damit beseitigt. Eigentlich garnicht so kompliziert. Zur Verdeutlichung gibt es unten noch drei kleine Videos die an einer Ionisations-Nadelspitze an der Wechselspannung anliegt zeigen sollen wie so etwas geschieht.

Elektrisch neutrale Gasatome der Luft (grün) werden in einer Wechsel-Hochspannungs-Korona elektrisch wertig. Es werden im Rhythmus der Wechselspannungs-Frequenz abwechselnd positive (rot) und negative (blau) Gasionen generiert. Diese streuen von der Ionisations-Nadelspitze weg in den Raum heraus und finden auf einer elektrostatisch geladenen Fläche ihr Gegenpotential mit dem sie Elektronen austauschen können

Ein mit Wechsel-Hochspannung betriebener Ionisationsstab streut positive (rot) und negative (blau) Gasionen in den Raum heraus.

1 Geerdetes Metallprofil

2 Isolierung

3 Ionisations-Nadelspitze

4 Hochspannungs-Korona  

Grundprimzip Ionisationsstab sprueht Ionen in den Raum

4

3

2

1

Animationen Ionisationsnadelspitzen

Eine elektrostatisch negativ geladene Oberfläche (blau) zieht die positiven Gasionen (rot) an. Die geladene Fläche wird wieder elektrisch neutral (grün)

Eine elektrostatisch positiv geladene Oberfläche (rot) zieht die negativen Gasionen (blau) an. Die geladene Fläche wird wieder elektrisch neutral (grün)

Und das geschieht wenn das Ionisationsgerät

über einer elektrostatisch nicht geladenen

Oberfläche (grün) seine Gasionen streut.

Die nicht geladene Oberfläche (grün)

bleibt elektrisch neutral. Die Gasionen  suchen sich im Raum gegenpolige Partner zum Elektronenaustausch und werden ebenso wieder elektrisch neutral.

Stand 23.05.19

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