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Elektrostatik in der Praxis

Frisch gespritzte Kunststoffteile

Übersicht


Elektrostatik frisch gespritzter Kunststoffteile

1 Einfluss der Elektrostatik beim Spritzgiessen

2 Elektrostatik entsteht bereits während des Formens

3 Elektrostatik als Trennladung während der Entformung

4 Frisch gespritzte Kunststoffteile elektrostatisch entladen

5 Vereinfachter Aufbau einer Spritzgussmaschine

6 Ionisierte Druckluft während der Entformung

7 Ein ionisierter Luftstrom über dem Sammelbehälter

8 Ein ionisierter Luftstrom über dem Transportband

9 Ein ionisierter Luftstrom an Entnahmesystemen



1 Einfluss der Elektrostatik beim Spritzgiessen


Mit der Entformung des Kunststoff-Spritzgiessteils beginnen die Probleme mit der Elektrostatik und allen ihren Folgen. Diese sind vielschichtig. Sie beginnen bereits bei der Entstehung des Teils während des eigentlichen Spritzvorgangs und reichen bis zur spteren Endbestimmung. Folgende Störungen kann die Elektrostatik frisch gespritzter Kunststoffteile verursachen:

- Direkt nach dem Öffnen des Werkzeugs, während der Entformung können kleine, leichte Teile an den Auswerfern oder am Werkzeug selbst haften bleiben.

- Frisch Entformte Teile können an Greifern oder Saugern hängen bleiben.

- Frisch entformte Teile bleiben an Maschinenelementen oder dem Transportband kleben.

- Im Sammelbehälter baut sich ein hohes Ladungsniveau auf, das zum Kleben und Verklumpen der Teile führt.

- Personen können am Sammelbehälter einen vom angesammelten Ladungsniveau ausgehenden elektrischen Entladungsfunken ab bekommen.

- Frische Kunststoffteile ziehen Staubpartikel an. Die Oberfläche verschmutzt.

Anhand der folgenden kleinen Skizzen, die sehr vereinfacht eine Spritzgiessmaschine darstellen, sollen die Einflüsse der Elektrostatik verdeutlicht werden.


2 Elektrostatik entsteht bereits während des Formens


Bereits während das Kunststoffgranulat in das Werkzeug herein gepresst wird, entsteht auf den Oberflächen der Kunststoffmoleküle elektrostatische Ladung die quasi in das Kunststoffteil mit herein gespritzt wird. Dies geschieht während die Moleküloberflächen des Kunststoffes während des Zusammenpressens und Formens aneinander und im Werkzeug reiben. Diese Ladung ist zwar in die Kunststoffmasse mit herein gepresst, selten jedoch diffundiert sie an die Oberfläche eines Kunststoffteils und wird dann  damit nachträglich zu Beeinträchtigungen führen. In Einzelfällen kann es allerdings geschehen, dass je nach Zusammensetzung des Kunststoffes und seiner Additive der Effekt einer nachträglichen Ladungsdiffusion auf die Oberfläche heraus auftritt. In diesem Fall ist es durchaus möglich, dass ein frisch dem Werkzeug entnommenes Kunststoffteil direkt kurz nach dem Spritzgießen zwar mittels Ionisationsgeräte elektrostatisch entladen wird, aber wenige Sekunden oder Minuten später erneute Ladung auf dessen Oberfläche nachgewiesen werden kann. Diese an die Oberfläche eines Kunststoffteils heraus diffundierende Ladung kann auch über einen längeren Zeitraum hinweg zu nachträglichen Beeinträchtigungen führen.


3 Elektrostatik als Trennladung während der Entformung


Beobachtungen führten zu dem Schluss, dass so ein Kunststoffteil unmittelbar nach der Entformung die höchste natürliche elektrostatische Ladung, genauer gesagt Trennladung hat, die es während seines Lebens wohl jemals haben wird. Begründet kann dies hierdurch werden, dass die gesamte Kunststoff-Oberfläche dieses Teils während der Entformung schlagartig von der Metalloberfläche des Werkzeugs abgerissen, getrennt wird. Es ist ein Trugschluss zu glauben, dass das Werkzeug ja aus Metall ist und daher überhaupt keine elektrostatische Ladung entstehen könnte. Das Werkzeug ist aus Metall, na und? Wir haben es doch mit Trennladung zu tun. Auch auf der Oberfläche des Metalls entsteht während des Trennvorgangs elektrostatische Ladung. Das Metall selbst aber ist elektrisch leitfähig und die fehlenden oder überschüssigen Elektronen können hinzu oder abfließen, je nach entstandener Polarität. Das Kunststoffteil selbst aber ist in den meisten Fällen elektrisch hoch  isolierend. Auf dessen nicht elektrisch leitfähiger Oberfläche bleibt die frisch entstandene Trennladung stehen. Da kann das Werkzeug noch so gut elektrisch leitfähig und geerdet sein, es ändert nichts daran, dass das Kunststoffteil nach dem Trennvorgang elektrostatisch geladen bleibt. Es sei denn, Sie unternehmen etwas dagegen.


4 Frisch gespritzte Kunststoffteile elektrostatisch entladen


Es gibt mehrere Möglichkeiten Kunststoffteile direkt nach der Entformung elektrostatisch zu entladen. Dazu sollte ein Ionisationsgerät zum Einsatz kommen, das mit Hilfe einer leichten Luftströmung seine generierten Gasionen auf die Oberfläche des Kunststoffteils befördert. Die Verwendung sogenannter ionisierter, strömender Luft ist zur elektrostatischen Entladung räumlicher Gegenstände ratsam. Während man eine ebene Fläche durchaus ohne strömende ionisierte Luft entladen kann, nur indem man diese Fläche durch das vom Ionisationsgerät ausgehende Streufeld hindurch bewegt, ist das mit einem dreidimensionalen Objekt schon schwieriger. Eine Möglichkeit wäre natürlich dieses Objekt in dem Streufeld hin und her zu schwenken und zu drehen. Dies dann solange bis die komplette Oberfläche mal in den Genuss einiger Gasionen aus dem Streufeld kommt und komplett entladen ist. Unter dem Aspekt, dass die gesamte Oberfläche so eines Kunststoffteils elektrostatisch entladen werden sollte, gestaltet es sich einfacher mit strömender ionisierter Luft von zwei Seiten her das Teil zu entladen. Ob dabei beide Seiten dieses Teils gleichzeitig entladen werden oder hintereinander weg, ist unerheblich. Es gilt: Hauptsache komplett entladen. Noch etwas mehr Informationen hierzu finden Sie dazu auch auf der Seite Tipps zu Ionisationssystemen.





5 Vereinfachter Aufbau einer Spritzgussmaschine

Beispiel Spritzgussmaschine

1    Granulatzufuhr

2    Granulatschmelze

3    Einspritzdse

4    Fest stehende Werkzeugseite

5    Bewegliche Werkzeugseite

6    Schiebetr als Zugriffsschutz

7    Schaltschrank, Steuerung

8    Hydraulikzylinder

9    Frisch gespritzte Kunststoffteile im Sammelbehlter 

‍6 ‍Ionisierte ‍Druckluft ‍während ‍der ‍Entformung


‍Whrend ‍der ‍Entformung ‍bleiben ‍die ‍Teile ‍durch ‍ihre ‍elektrostatische ‍Ladung ‍am ‍Spritzgießwerkzeug ‍oder ‍dem ‍Auswerfer ‍kleben. ‍Sie ‍fallen ‍nicht ‍aus ‍dem ‍Werkzeug ‍heraus. ‍Meistens ‍bleiben ‍sie ‍im ‍unteren ‍Bereich ‍des ‍Werkzeugs ‍kleben. ‍Das ‍Werkzeug ‍schließt ‍dann ‍erneut ‍und ‍quetscht ‍das ‍Teil ‍ein. ‍Dabei ‍wird ‍das ‍Teil ‍zerstrt ‍und ‍eventuell ‍das ‍Werkzeug ‍beschdigt. ‍Besonders ‍anfllig ‍fr ‍diese ‍Art ‍Probleme ‍sind ‍leichte, ‍kleine ‍Teile ‍aus ‍isolierendem ‍Kunststoff. ‍Sind ‍diese ‍dazu ‍auch ‍noch ‍flach ‍geformt, ‍steigt ‍deren ‍Neigung ‍massiv ‍an, ‍irgendwo ‍am ‍Werkzeug ‍oder ‍am ‍Auswerfer ‍kleben ‍bleiben ‍zu ‍wollen. ‍Ionisierte ‍Luft ‍strömt ‍aus ‍einem ‍luftunterstützten ‍Ionisationsgerät ‍das ‍in ‍Position ‍1 ‍ber ‍dem ‍Spritzgießwerkzeug ‍oder ‍seitlich ‍angebracht ‍ist. ‍Ein ‍ionisierter ‍Luftstrom ‍verläuft ‍in ‍diesem ‍Besipiel ‍von ‍oben ‍nach ‍unten ‍zwischen ‍die ‍sich ‍öffnenden ‍Werkzeughälften ‍herein ‍während ‍die ‍Teile ‍entformt ‍werden. ‍Um ‍schnell ‍genug ‍die ‍Gasionen ‍zwischen ‍die ‍Werkzeughälften ‍herein, ‍auf ‍die ‍entformten ‍Teile ‍zu ‍bringen, ‍wird ‍hier ‍ein ‍kräftiger ‍Stoss ‍ionisierter ‍Druckluft ‍benötigt. ‍Ein ‍leichter ‍Hauch ‍bringt ‍nicht ‍viel. ‍Die ‍nach ‍unten ‍strömenden ‍Gasionen ‍würden ‍die ‍Teile ‍kaum ‍noch ‍rechtzeitig ‍erreichen ‍um ‍sie ‍zu ‍entladen. ‍Vorher ‍würden ‍sie ‍sich ‍selbst ‍gegen ‍das ‍metallische ‍Werkzeug ‍entladen.

Luftunterstützte Ionisation über dem Werkzeug 1 und über dem

Sammelbehälter 2

7 Ein ionisierter Luftstrom über dem Sammelbehälter


Zusätzlich empfiehlt sich die Installation einer weiteren Ionisations Luftschleuse oder eines Ventilators mit integrierte Ionisation an einer der beiden Positionen 2. Die Teile können während des Entformens und Fallens nicht komplett entladen werden. Eine Seite des fallenden Teils zeigt immer nach unten, weg vom Ionisationsgerät, wird also nicht entladen. Daher kann durch die verbleibende Restladung im Sammelbehälter das Ladungsniveau trotz eines funktionierenden Ionisationsgerätes ansteigen und zum Kleben und Verklumpen der Teile führen. Jedes einzelne Teil bringt ein klein wenig Ladung mit in den Sammelbehlter. Zunchst, bei wenigen Teilen strt diese Ladung nicht. Aber viele hunderte oder tausende kleiner Teile, deren Ladung sich praktisch zu einem Kondensator summierte, "strahlen" ein sehr starkes Feld ab. Die Teile bleiben nicht nur an der Innenwand des Behlters kleben. Sie ziehen auch zustzlich in der Raumluft vagabundierende Stube, Partikel, Fussel und Haare an. Kommt jemand dieser  elektrostatisch geladenen Kiste zu nahe, dient er als Blitzableiter. Die Installation eines weiteren luftunterstützten Ionisationsgerätes ist also in diesem Falle unbedingt notwendig. Diese Luftschleuse könnte in einer der Positionen 2, schräg über dem oberen Rand des Behälters angebracht werden. Hier genügt dann ein noch am Boden des Sammelbehälters wahrnehmbarer, leichter Luftstrom um eine sukzessive Summierung der Ladung zu vermeiden.

‍8 ‍Ein ‍ionisierter ‍Luftstrom ‍über ‍dem ‍Transportband


‍Die ‍frisch ‍entformten ‍Teile ‍fallen ‍auf ‍das ‍Transportband. ‍Durch ‍die ‍Positionierung ‍eines ‍luftunterstützten ‍Ionisators ‍in ‍Position ‍1 ‍können ‍diese ‍auf ‍dem ‍Band ‍liegenden ‍Teile ‍auf ‍ihrer ‍nach ‍oben ‍sichtbaren ‍Seite ‍entladen ‍werden. ‍Allerdings ‍kann ‍das ‍nur ‍die ‍halbe ‍Miete ‍sein. ‍Die ‍Unterseite ‍der ‍Teile ‍ist ‍nach ‍wie ‍vor ‍geladen. ‍Die ‍Teile ‍können ‍dann ‍trotz ‍funktionierendem ‍Ionisationsgerät ‍am ‍Transportband ‍kleben ‍bleiben. ‍Das ‍Transportband ‍sollte ‍eigentlich ‍dafr ‍sorgen, ‍dass ‍die ‍frisch ‍gespritzten ‍Teile ‍unbeschadet ‍aus ‍der ‍Maschine ‍heraus ‍den ‍Sammelbehltern ‍zugefhrt ‍werden. ‍Bleiben ‍sie ‍durch ‍Ladung ‍am ‍Transportband ‍kleben, ‍kann ‍es ‍geschehen, ‍dass ‍sie ‍endlos ‍auf ‍dem ‍umlaufenden ‍Band ‍mit ‍fahren. ‍Die ‍Elektrostatik ‍und ‍die ‍daraus ‍resultierende ‍Klebkraft, ‍die ‍die ‍Teile ‍am ‍Band ‍hlt, ‍lsst ‍jedoch ‍früher ‍oder ‍später ‍nach. ‍Unkontrolliert ‍fallen ‍die ‍Teile ‍vom ‍Band ‍ab, ‍meistens ‍neben ‍dem ‍Sammelbehälter ‍auf ‍den ‍Boden. ‍Als ‍praktikable ‍Lösung ‍zeigt ‍sich ‍hier ‍die ‍Installation ‍eines ‍luftunterstützten ‍Ionisationsgeräts. ‍Diese ‍Ionisationsluftschleuse ‍wird ‍an ‍der ‍Stelle ‍ber ‍dem ‍Band ‍angebracht, ‍an ‍der ‍darunter ‍die ‍Teile ‍in ‍die ‍Sammelboxen ‍fallen ‍sollen. ‍Der ‍austretende ‍ionisierte ‍Luftstrahl ‍sollte ‍tangential ‍am ‍Band ‍vorbei ‍nach ‍unten ‍blasen. ‍Ein ‍Teil ‍der ‍Luft ‍sollte ‍dabei ‍an ‍der ‍Umlenkstelle ‍auf ‍das ‍Band ‍treffen ‍um ‍die ‍Teile ‍zu ‍lösen. ‍Der ‍andere ‍Teil ‍der ‍ionisierten ‍Luft ‍sollte ‍in ‍den ‍Sammelbehlter ‍2 ‍strmen ‍um ‍die ‍ansteigende ‍Kondensatorladung, ‍die ‍mit ‍zunehmender ‍Anzahl ‍der ‍Teile ‍ansteigt, ‍zu ‍minimieren. ‍Der ‍Luftdruck ‍sollte ‍dabei ‍etwas ‍strker ‍eingestellt ‍werden ‍damit ‍die ‍anhaftenden ‍Teile ‍rein ‍mechanisch ‍vom ‍Band ‍gelst ‍werden ‍können.

Ionisation über dem Transportband 1

und dem Sammelbehälter 2

‍9 ‍Ein ‍ionisierter ‍Luftstrom ‍an ‍Entnahmesystemen


‍Soll ‍das ‍Teil ‍in ‍einer ‍definierten ‍Position ‍auf ‍ein ‍Transportband ‍abgelegt, ‍einer ‍Verpackung ‍oder ‍einem ‍weiteren ‍Verarbeitungsschritt ‍zugefhrt ‍werden, ‍wird ‍es ‍von ‍einem ‍Greifer ‍oder ‍Sauger ‍aus ‍dem ‍Werkzeug ‍entnommen. ‍Diese ‍Greifer ‍oder ‍Sauger ‍sitzen ‍am ‍Ende ‍eines ‍Roboterarms, ‍dem ‍Handlingsystem. ‍Haben ‍die ‍Spritzgiessteile ‍kaum ‍Eigengewicht, ‍können ‍sie ‍bereits ‍an ‍diesem ‍Greifer ‍oder ‍Sauger ‍hngen ‍bleiben ‍und ‍später ‍irgendwo ‍unkontrolliert ‍abfallen.

‍Wenn ‍das ‍Werkzeug ‍ffnet ‍ist ‍zunächst ‍nur ‍eine ‍Seite ‍des ‍Kunststoffteils ‍sichtbar. ‍Die ‍andere ‍Seite ‍ist ‍noch ‍im ‍Werkzeug ‍versteckt ‍und ‍kann ‍hier ‍noch ‍nicht ‍entladen ‍werden. ‍Erst ‍in ‍Position ‍1 ‍kann ‍durch ‍eine ‍oben ‍auf ‍dem ‍Werkzeug ‍installierte ‍Luftschleuse ‍die ‍nun ‍sichtbare ‍Seite ‍entladen ‍werden. ‍Der ‍Greifer ‍oder ‍Sauger ‍entnimmt ‍die ‍Teile. ‍Nun ‍tritt ‍die ‍Ladung ‍der ‍vorher ‍noch ‍verdeckten, ‍im ‍Werkzeug ‍steckenden ‍Seite ‍zu ‍Tage. ‍Alternativ ‍kann ‍statt ‍über ‍dem ‍Werkzeug ‍eine ‍Luftschleuse ‍in ‍Position ‍2 ‍quer ‍zum ‍Transportweg ‍des ‍Handlings ‍angebracht ‍werden. ‍Die ‍Teile ‍werden ‍hier ‍auf ‍dem ‍waagerechten ‍Weg ‍an ‍der ‍Ionisationsluftschleuse ‍vorbeigefhrt. ‍In ‍beiden ‍Positionen ‍1 ‍und ‍2 ‍kann ‍aber ‍nur ‍eine ‍Seite ‍der ‍Teile ‍entladen ‍werden. ‍Nach ‍dem ‍Ablegen ‍in ‍ein ‍Magazin ‍oder ‍in ‍ein ‍Ablagemulden ‍sollte ‍hier ‍ein ‍zusätzlicher ‍Strom ‍ionisierter ‍Luft ‍aus ‍einer ‍der ‍Positionen ‍3 ‍dafür ‍sorgen, ‍dass ‍die ‍zweite ‍Seite ‍der ‍Teile ‍entladen ‍werden ‍kann. ‍Dieser ‍zusätzliche ‍ionisierte ‍Luftstrom ‍dient ‍auch ‍gleichzeitig ‍noch ‍dazu ‍das ‍mit ‍zunehmender ‍Anzahl ‍der ‍Teile ‍ansteigende ‍Niveau ‍eventuell ‍noch ‍vorhandener ‍Restladung ‍im ‍niederen ‍Bereich ‍zu ‍halten.

‍Bei ‍der ‍elektrostatischen ‍Entladung ‍der ‍noch ‍im ‍Greifer ‍oder ‍am ‍Sauger ‍befindlichen ‍Kunststoffteile ‍gilt ‍es ‍allerdings ‍genau ‍zu ‍beobachten ‍wie ‍stark ‍die ‍Oberfläche ‍der ‍Teile ‍vom ‍Greifer ‍oder ‍Sauger ‍umschlossen ‍sind. ‍Ist ‍lediglich ‍ein ‍kleiner ‍Teil ‍der ‍Oberfläche ‍sichtbar ‍muss ‍davon ‍ausgegangen ‍werden, ‍dass ‍hier ‍an ‍dieser ‍Stelle ‍eine ‍elektrostatische ‍Entladung ‍definitiv ‍nicht ‍möglich ‍ist. ‍Erst ‍wenn ‍der ‍Greifer ‍öffnet ‍und ‍die ‍Teile ‍frei ‍heraus ‍fallen ‍wird ‍deren ‍Oberfläche ‍sichtbar ‍und ‍kann ‍auch ‍in ‍diesem ‍Moment ‍mit ‍strömender ‍ionisierter ‍Luft ‍entladen ‍werden.


‍Stand ‍20.05.19


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‍1 ‍Entladung ‍der ‍ersten ‍Seite ‍über ‍dem ‍Werkzeug, ‍quer ‍zum ‍senkrechten ‍Hub

‍2 ‍Entladung ‍der ‍zweiten ‍Seite ‍quer ‍zur ‍waagerechten ‍Förderstrecke

‍3 ‍Entladung ‍nach ‍dem ‍Ablegen ‍zur ‍Vermeidung ‍ansteigender ‍Kondensatorladung