Teile kleben auf dem Transportband

Die Ursache für das Ankleben

Elektrostatik auf

einem Transportband

Förderband der Firma Frasch, Weilheim Teck

Image by: © Frasch Fördertechnik GmbH & Co. KG, 73235 Weilheim

‍Auf einem Transportband gibt es mit Teilen die aus elektrisch nicht leitfähigem Material beschaffen sind häufig Probleme die durch Elektrostatik verursacht werden. Das zu fördernde Gut bleibt am Ende des Transportbands kleben und läuft unter dem Band zurück. Im ungünstigsten Moment löst es sich vom Band und fällt neben dem Sammelbehälter auf den Boden.




‍Betrachten wir zur Verdeutlichung mal ein typisches Beispiel aus der Praxis: Ein Transportband an einer Spritzgießmaschine. Aus einer Spritzgussform werden frisch geformte Kunststoffteile entformt und fallen auf ein Transportband mit dem sie in einen Sammelbehälter transportiert werden sollen. Diese elektrostatisch geladenen Teile kleben und lösen sich nicht vom Transportband wenn sie in einen Sammelbehälter fallen sollen. Lösen sie sich dann doch irgendwann mal, fallen sie meistens neben den Sammelbehälter auf den Boden. Oft bleiben diese geladenen Teile auch an den Wänden der Sammelbehälter hängen. Ganze Mengen an geladenen Teilen verklumpen miteinander und können nachfolgende Zählungen, Förder-, Prüf- oder Wägeprozesse negativ beeinträchtigen. Hinzu kommt die Gefahr, dass mit zunehmender Menge an Teilen im Sammelbehälter ein sehr hohes elektrostatisches Ladungspotential aufgebaut wird. Mit jedem einzelnen geladenen Teil wird etwas Ladungspotential hinzu gebracht. Haben sich dann viele elektrostatisch geladene Teile angesammelt und damit eine Ladungssummierung wie bei einem Kondensator statt gefunden, kann das dazu führen, dass Bedienpersonal ausgehend von der hohen angesammelten Kondensatorladung elektrische Schläge bekommt wenn es dem Sammelbehälter zu nahe kommt.




‍Beim Entformen des Kunststoffteils aus dem Spritzgiesswerkzeug handelt es sich um einen Vorgang bei dem sich die gesamte Oberfläche des Kunststoffteils von der metallischen Oberfläche des Werkzeugs trennt. In vorhergehenden Kapiteln haben wir gelernt, dass es sich bei elektrostatischer Ladung um eine Trennladung handelt. Sprich: Wenn sich Oberflächen berühren und anschließend voneinander getrennt werden, entsteht auf allen sich trennenden Oberflächen elektrostatische Ladung. Hier trennt sich die elektrisch isolierende Oberfläche des Kunststoffs von der metallischen, elektrisch leitfähigen Oberfläche des Werkzeugs. Die auf der Metalloberfläche entstandene Trennladung kann zum Erdpotential hin abfließen. Jedes Spritzgiesswerkzeug ist im eingebauten Zustand über die Spritzgiessmaschine geerdet. Die auf der isolierenden Kunststoffoberfläche entstandene Ladung kann jedoch nicht abfließen. Auf der gesamten Oberfläche eines frisch entformten Kunststoffteils ruht nun elektrostatische Ladung. Man kann annehmen, dass es sich bei der Ladung die beim Entformen entsteht, durchaus um die höchste elektrostatische Ladung handeln dürfte, die dieses Teil jemals haben kann. Von dieser Ladung gehen Feldlinien in den Raum heraus. Diese Feldlinien sorgen dafür, dass besonders kleine und leichte Teile sehr stark dazu neigen überall anzuhaften. Dieses Problem tritt bereits im Werkzeug während des Entformens auf. Im Kapitel Elektrostatik frisch gespritzter Kunststoffteile finden Sie dazu noch weitere Informationen. Wir betrachten hier zunächst ein fallendes, elektrostatisch positiv geladenes Teil kurz bevor es auf das Transportband fällt (Bild 1). Von dieser positiven Ladung gehen wie erwähnt Feldlinien in alle Richtungen aus. Landet das Teil nun auf dem Band, machen sich die Feldlinien bemerkbar. Diese Feldlinien erkennen nun im Transportband und in allem was sich darunter befindet ein Gegenpotential (Bild 2). Sie krümmen sich durch die hier blau gestrichelt dargestellte Grenzfläche hinweg zum negativen Gegenpotential hin. Dabei spielt es keine Rolle ob das Transportband aus einem elektrisch isolierenden oder elektrisch leitfähigen Material gefertigt ist. Ist das Transportband selbst elektrisch isolierend, so erkennen die Feldlinien trotzdem durch dieses Band hindurch ein Gegenpotential, wenn sich beispielsweise unter dem Band leitfähige Gleitelemente befinden. Läuft das Band frei, so erkennen die Feldlinien ebenso auf dem isolierenden Band selbst ein ausreichend hohes Gegenpotential das zum gefürchteten Anhaften führt. Damit es zum Anhaften kommt genügt bereits ein sehr geringes Spannungsgefälle zwischen der positiven Ladung des Teils und der negativen Ladung des Bandes.




‍Elektrische Leitfähigkeit der Teile: Üblicherweise können ausschließlich Teile aus elektrisch isolierendem Material elektrostatische Ladung auf ihrer Oberfläche halten. Dies sind dann auch hauptsächlich die Teile die zum Anhaften neigen. Oft werden aber auch mit elektrisch leitfähigen Teilen ähnliche Klebeffekte beobachtet. Meistens sind diese jedoch auf Adhäsionseffekte oder auf Kräfte aus Magnetismus resultierend, zurück zu führen.


‍Das Gewicht des Teils: Bei kleinen, leichten Teilen genügt bereits ein extrem geringes Ladungspotential um das Anhaften auftreten zu lassen. Schwere Teile lösen sich allein durch ihre Gewichtskraft vom Transportband, selbst wenn sie mal sehr stark elektrostatisch geladen sein sollten. Aber auch wenn sich diese schweren, geladenen Teile vom Band lösen und problemlos in den Sammelbehälter fallen, kann sich eine Kondensatorladung aufbauen und gefährlich werden.


‍Verhältnis Form/Fläche/Gewicht: Liegt ein geladenes Teil flach und großflächig auf dem Band können von einer relativ großen Fläche die Feldlinien ausgehend vom Teil zum Gegenpotential hin wirken. Kurz gesagt: Eine große Fläche kann logischerweise mehr Ladung aufnehmen und wirken lassen als eine kleine Fläche. Ist das Teil dazu noch sehr leicht, kann seine eigene Gewichtskraft nichts gegen die Klebkraft die aus der elektrostatischen Ladung resultiert ausrichten. Stark strukturierte, geladene Teile die beispielsweise nur auf einer dünnen Berührungslinie auf dem Band liegen, neigen durch diese geringere Fläche auch zu geringerem Anhaften.


‍Elektrisch leitfähige (antistatische) Transportbänder: Grundsätzlich könnte man meinen es sei besser elektrisch leitfähige Transportbänder zu verwenden um elektrostatisch geladene Teile zu fördern. Aber man kann sich auch täuschen. Haften elektrostatische Teile am Band an, ist diese Leitfähigkeit sogar eher kontraproduktiv. Warum? Weil, gesehen von der Ladung des Teils aus, das elektrisch leitfähige Band ein wesentlich höheres Gegenpotential darstellt als ein elektrisch isolierendes Band. Zwischen dem Ladungspotential auf dem Teil und dem nicht vorhandenen Ladungspotential des leitfähigen Bandes ergibt sich ein sehr hohes Spannungsgefälle. Durch diese hohe Differenz zwischen den beiden Potentialen kann es dann zu verstärkten Hafteffekten kommen.  Auch kann die Ladung eines Teils über das leitfähige Band nur dort abfließen, wo das Teil das Band direkt berührt. Beispielsweise kann bei einem auf dem Band liegenden flachen Teil die auf er Oberseite ruhende Ladung nicht zum elektrisch leitfähigen Band hin abfließen. Warum? Es handelt sich bei der elektrostatischen Ladung ja um ein ruhendes, statisches Ladungspotential das nicht fließen kann.


‍Elektrisch isolierende Transportbänder: In vielen Industriebereich dürfen unter Anderem aus Hygienegründen keine mit Antistatika versetzten Transportbänder verwendet werden. Grundsätzlich können diese Antistatika aus dem Material heraus an die Bandoberfläche diffundieren, von hier auf die zu fördernden Teile übergehen und deren Oberflächen kontaminieren. Daher kommen in Hygienebereichen regelmäßig Bänder zum Einsatz die aus elektrisch isolierendem Material gefertigt sind. Ebenso aus Hygienegründen sind diese Bänder sehr glatt und kaum aufnahmefähig für Feuchtigkeit und damit gründlicher und einfacher zu reinigen.

‍Nun könnte man diese elektrische Isolationsfähigkeit eines Transportbands als Nachteil, was das Ankleben von Teilen angeht, bezeichnen. Damit läge man aber nicht ganz richtig. Sicherlich könnte sich ein elektrisch isolierendes Band selbst auch durch Reibung, allein an den Umlenkwalzen, aufladen. Sicher könnte ein isolierendes Band auch selbst ein Ladungspotential aufbauen und damit zu Störungen führen. Damit es aber tatsächlich zu diesen Störungen, ausgehend von der eigenen Ladung des Transportbands kommen kann, müssten einige, die Elektrostatik beeinflussende Parameter ungünstig zusammen treffen. Diese sind zu der hohen elektrischen Isolationsfähigkeit beispielsweise auch noch die Faktoren Bandgeschwindigkeit, die Dauer der Reibung der das Band unterliegt, die Stillstandszeiten in denen die jeweils entstandene Ladung wieder abfließen kann, die herrschende Luftfeuchtigkeit, Restfeuchte auf und im Bandmaterial, hygroskopische Verschmutzungen und so weiter und so weiter.

‍In der Praxis kann man allerdings beobachten, dass Transportbänder aus isolierendem Material nur anfangs wenn sie noch sehr neu sind etwas stärker dazu neigen sich selbst elektrostatisch aufzuladen. Mit zunehmender Betriebszeit verliert sich dies jedoch. Man wird feststellen, dass diese Neigung zur Aufladung und zum Halten eines Ladungsniveaus stark nachgelassen hat. Oftmals kann man sogar feststellen, dass sich diese eigentlich elektrisch  isolierenden Transportbänder überhaupt nichtmehr elektrostatisch aufladen wollen. Komisch? Nein, logisch. Jedes Transportband das einen gewissen Zeitraum in Betrieb ist konditioniert sich nach und nach an der Oberfläche. Dies geschieht ganz einfach durch die im Raum herrschende Luftfeuchtigkeit, durch Partikel die sich nach und nach auf dem Band ablegen oder auch durch das gelegentlich notwendige Putzen mit Feuchtreinigern. Selbst in Reinräumen mit geringer Partikelbelastung und geringer relativer Luftfeuchtigkeit ist dies zu beobachten. Die eigentliche Konditionierung der isolierenden Transportbandoberflächen zu leicht elektrisch ableitfähiger Oberfläche hin, dauert im Reinraum eben nur etwas länger. Jede  Reinigung mit Feuchtigkeit, auch trotz anschließender gründlicher Trocknung, verbessert die Konditionierung jeweils ein kleines bisschen bis hin zur leichten elektrischen Ableitfähigkeit der vorher noch hoch isolierenden Oberfläche.


‍Die Struktur der Transportbandoberfläche: Es ist ganz einfach! Je glatter die Bandoberfläche ist, umso größer ist die Berührungsfläche zwischen Band und Teil, umso stärker ist auch das Anhaften. Große Flächen können zudem mehr Ladung aufbauen als kleine Flächen. Auf ein Transportband bezogen würde dies bedeuten, dass glatte Oberflächen ungünstig sind, was die Gefahr der elektrostatischen Aufladung angeht. So ist es leider auch. Zwei glatte Oberflächen können sich nun mal schön innig aneinander schmiegen. Und je inniger der Kontakt vor der Trennung war umso höher kann die Trennladung ansteigen. Um der Entstehung einer hohen Trennladung entgegen zu wirken könnte man also die Kontaktflächen zwischen den sich berührenden Oberflächen reduzieren. Leichte Wellen, Kuppen, Rundungen auf deren Spitzen lediglich eine punkt- oder linienförmige Berührung stattfindet können dies bewirken. Sicher lassen sich nicht immer strukturierte Bandoberflächen oder Gitterbänder verwenden. Diese lassen sich schlechter reinigen und halten auch oftmals Schmutzpartikel besser fest. In Hygienebereichen sollte man jedoch trotzallem nicht auf eine halbwegs glatte, leicht zu reinigende Oberfläche verzichten. Im Notfall lässt ja auch etwas gegen das gefürchtete Anhaften der Teile tun wie Sie im weiteren Text lesen können.




‍Elektrostatische Entladung noch fallender Teile: Als effektivste Maßnahme gegen das Anhaften hat sich die elektrostatische Entladung der Teile erwiesen. Dies muss zwingend geschehen bevor die Teile auf das Transportband fallen, also bevor es überhaupt zum Kleben der Teile kommt. Diese elektrostatische Entladung kann beispielsweise an einer Spritzgiessmaschine so aussehen, dass die Teile direkt nach dem Entformen durch einen Vorhang strömender Luft, die mit positiven und negativen Gasionen angereichert ist, hindurch fallen müssen. Sogenannte Ionisationsgeräte können mittels Druckluft oder strömender Luft aus Ventilatoren einen Vorhang ionisierter Luft in den Fallbereich der Teile hinein blasen.


‍Klebende Teile vom Band lösen: Kleben elektrostatisch geladene Teile erstmal auf dem Band, lassen sie sich nur noch mit viel Mühe lösen. Man kann es mit verschiedenen "Tricks" probieren die Teile im richtigen Moment vom Band zu lösen. Zum Einen könnte man mit rein mechanischen Maßnahmen versuchen die Teile im Bereich der Umlenkung, dort wo sie fallen müssten, zu lösen. Bürsten oder Rakel könnten die Teile vom Band abscheren und zum Fallen bringen. Sofern die Teile dies aushalten ohne beschädigt zu werden, käme das auf einen Versuch an. Man kann jedoch auch zu einem Ionisationsgerät greifen um die am Band klebenden Teile zu lösen. Hierbei kann man aber nun einen grundlegenden Fehler machen. Versucht man die am Band haftenden Teile einfach nur mit dem Ionisationsgerät elektrostatisch zu entladen, wird man feststellen, dass die Teile trotzdem weiterhin am Band haften bleiben (rechts). Der Grund hierfür liegt in der eigentlichen Wirkweise der vom Ionisationsgerät zur Verfügung gestellten Gasionen. Diese können nur die Oberflächen entladen, die sie "sehen". Hierzu finden Sie auch noch weitere ausführliche Informationen im Kapitel Tipps für die Verwendung von Ionisationssystemen. Die zur elektrostatischen Entladung zur Verfügung stehenden Gasionen können jedoch nicht zwischen die aneinander haftenden Flächen, zwischen Teil und Band dringen. Die dort vorhandene Ladung kann somit nicht ohne Weiteres beseitigt werden. Hierzu bedarf es dann einer mechanischen Kraft, beispielsweise durch einen Strom ionisierter Blasluft, die die anhaftenden Teile zunächst vom Band löst (rechts). Dieser Luftstrom (hellblau) muss hierzu direkt im Bereich der Umlenkung des Transportbandes auf die anhaftenden Teile treffen, sie vom Band abscheren und zum Fallen bringen. Während des Fallens kann die nun sichtbar gewordene, noch geladene Oberfläche im Strom ionisierter Luft entladen werden. Befestigt man ein luftunterstütztes Ionisationsgerät so über der Bandumlenkung, dass ein leichter Hauch ionisierter Luft auch noch in Richtung Boden des Sammelbehälters strömt, kann man auch noch ein eventuell ansteigendes Restladungsniveau im Sammelbehälter verhindern. Je nachdem wie stark die Teile am Transportband haften, kann es notwendig werden den Druck der strömenden Luft zu erhöhen um für das mechanische Abscheren der Teile vom Band mehr kinetische Energie zur Verfügung zu haben. Ebenso lassen sich die Teile leichter vom Band abscheren, wenn der Durchmesser der Umlenkwalze deutlich verringert wird und das Band damit quasi schärfer um die kleinere Walze herum umläuft.


‍Wir wünschen viel Erfolg bei Ihrer Arbeit mit den luftunterstützten Ionisationssystemen.

‍Ihr Elektrostatik Hilfe Team



‍Stand 26.11.2019


Kunststoffteile kleben auf Transportband einer Spritzgussmaschine und fallen neben dem Sammelbehälter
Elektrostatisch geladenes Teil mit dargestellten Feldlinien fällt auf ein Transportband

‍Bild 1

Elektrostatisch geladenes Teil mit dargestellten Feldlinien klebt durch Feldlinien an einem Transportband

Bild 2

Die Einflussparameter

Wenig Oberflche, leicht gewellt verringert elektrostatische AUfladung durch zu viel Reibung

Maßnahmen gegen das Ankleben der Teile

Ein Ionisationsstab über einem Transportband kann nur teilweise das was er sieht entladen
Ein luftunterstützter Ionisationsstab über einem Transportband kann besser entladen da er die Teile auch noch mechanisch aböst

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