Elektrostatik - Fragen zur Erdung und Luftfeuchtigkeit als vermeintliche Problemlöser

An dieser Stelle möchten wir Ihnen zu 2 gängige Fragen in diesem Zusammenhang Antworten geben:

1.) „Wir haben in der Maschine extra jede Walze/jede Komponente geerdet, nun sollten elektrostatische Probleme doch gelöst sein?"

Die kurze Antwort lautet: Leider nein.

Für die Begründung müssen wir etwas ausholen, hier eine kurze Erklärung:

• Elektrostatische Aufladung entsteht immer durch Kontakt und Trennung. Hierbei sind Kontaktintensität und Trenngeschwindigkeit für die Höhe der Aufladung ein großer Einfluss

Auch Reibung ist auch nur eine Aneinanderreihung von Kontakt und Trennungsvorgängen.

• In der Kontaktfläche kann zwischen den beiden Kontaktpartner ein Elektron vom „Donator“ zum „Akzeptor“ überspringen, hier durch entsteht ein Ladungsungleichgewicht. 

  Beide Oberflächen sind aufgeladen, die Aufladung tritt bei der Trennung als Spannung zu Tage. Und die Aufladung geschieht in der Regel in Form von Ladungsinseln (verschiedener Polaritäten, unterschiedlicher Ladungshöhen) abhängig von lokalen Kontaktpartner, Kontaktintensitäten und Trennungsgeschwindigkeiten.

(Einen kleinen Exkurs zu Donatoren, Akzeptoren und der praktischen Relevanz finden Sie unter dem Stichwort „Triboelektrische Reihe“ in unserem Blog) 

• Findet sich dieses Aufladung auf einem Leiter, der sich wenn er isoliert aufgehängt ist auch auflädt, kann diese Aufladung durch Erdung abgeführt werden. 

Diesen Effekt kennen Sie aus der Praxis, wenn Sie bei trockenem Winterwetter auf Leder- oder Gummisohlen laufen und an der Türklinke einen „Schlag“ bekommen. Sie sind der isoliert gelagerte Leiter, der Ladung ansammelt und sich gegen die Türklinke entlädt.

• Die Kontaktpartner, oder Oberflächen, die aus isolierendem, nicht leitendem Material bestehen, können diese Ladung nun nicht abführen (z.B. durch Erdung). 

  Diese Oberfläche trägt nun, da er ja nicht leitet, eine Ladung. Und genau hieraus resultiert der Begriff Elektrostatik, die Ladung oder „Elektrizität“ ist statisch auf der Oberfläche. 

Auch dies kennen Sie aus der Praxis: nehmen Sie die dünne Folie, reiben Sie diese und "kleben“ Sie sie an blankes Metall. Die Folie ist nun ja eigentlich geerdet und denn klebt sie doch im Zweifel für eine ganze Weile fest. Und dies geschieht genau aus dem Grund, dass der Isolator die Ladung (auch über wenige µm) nicht gegen den Leiter ausgleichen kann.

Sie können daher also, auch durch sehr sorgfältiges Erden, nicht verhindern, dass sich z.B. einen Folie im Maschinenlauf elektrostatisch auflädt. Denn durch die Erdung führen Sie nur die Ladung von der ableitenden Leitwalze ab, die auf der Folie angesammelte Ladung wird einfach mit Folie mit genommen.

Zum Glück ist es bei der Elektrostatik, in der Regel, so, dass zwar hohe Spannungen entstehen können, jedoch nur geringe Ströme fließen. Dies bedeutet Sinn der Praxis, dass die allermeisten Maschinenkomponenten ohne hin alleine durch die metallische Verschraubung oder Lagerung schon ausreichend gut elektrostatisch geerdet sind. Dies gilt im weiten Bereich auch für gefettete Kugellage

2.) Reicht eine ausreichend hohe Luftfeuchtigkeit um ungewollte elektrostatische Aufladung zu vermeiden?  (Und welche Rolle spielt die Luftfeuchtigkeit beim Auftreten elektrostatischer Effekte?)  

Diese Frage stellt sich häufig, vor allem dort, wo ungewollte elektrostatische Phänomene auftreten, beispielsweise bei schwebenden oder „klebenden“ Kunststofffolien. Die unangenehme Wahrheit ist leider: Nein, eine hohe Luftfeuchtigkeit alleine reicht nicht um elektrostatische Phänomene abzuwenden. 

Wie wir oben gesehen haben, spielt bei der Elektrostatik und elektrostatischen Aufladungen der Widerstand, oder die Leitfähigkeit eine entscheidende Rolle. Je höher der Widerstand, je isolierender ein Stoff ist, desto besser lässt er sich aufladen und hält elektrostatische Aufladungen. Luftfeuchtigkeit kann also nur dann einen Rolle spielen, wenn sie den Widerstand des Materials beeinflusst. (oder das Material vollflächig benetzt, was in der Regel aber unerwünscht ist…). 

Einen Einfluss der Luftfeuchtigkeit und damit der Materialfeuchte sehen wir nennenswert nur in der Holz- und Papierindustrie. Diese Naturstoffe reagieren spürbar auf die Luftfeuchtigkeit, nehmen Feuchtigkeit aus der Luft auf und werden somit leitfähiger. Und damit reduziert sich, nach entsprechender Lagerung, hier tatsächlich das Potenzial für elektrostatische Aufladung.

Hierzu ein Beispiel: Ein im „Normalklima“ des Büros (ca. 23°C, 50% Luftfeuchte) gelagertes Papier messen wir häufig als ableitfähig (108-109 Ohm). Wird das Papier stark getrocknet, ist ein sehr guter Isolator (ca. 1011-1013Ohm). Dies macht im Bezug auf elektrostatische Phänomene im Maschinenlauf einen sehr großen Unterschied! Drucker kennen diese Effekte denn häufig kommt es im trocknen Winter in der Verarbeitung zu größeren elektrostatischen Problemen als im feuchten Frühjahr.

Für Kunststoffe existieren einen Vielzahl von Elektrostatika. Die meisten funktionieren, in dem sie an die Oberfläche migrieren und dort Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen, diese an der Oberfläche bindet und dort eine ableitfähige Schicht bilden. Aber Vorsicht: Diese benötigen in der Regel viel Stunden, bis sie an der Oberfläche wirksam sind, bis dahin wirkt Elektrostatik noch immer als Störfaktor.

Häufig ist in diesen Anwendungen also die aktive Ionisation, also das Bereitstellen von neutralisierenden Ionen, die praktikabelste Lösung für elektrostatisches Probleme.

Weitere Informationen hierzu finden Sie hier (https://www.schnick.de/produkte/elektrostatik/content/2-elektrostatische-entladung). 
Gerne beraten wir Sie hierzu auch vor Ort, sprechen Sie uns an für die Terminvereinbarung.