Vor- und Nachteile von Weit- und Nahbereichsentladeelektroden
Im Rahmen der elektrostatischen Entladung gibt es prinzipbedingt eine Unterscheidung der Technologie in zwei Kategorien. Zum einen die sogenannte Nahbereichsentladung, zum anderen die Weitbereichsentladung. Dieser Artikel beschäftigt sich mit den Vor- und Nachteilen der jeweiligen Technologien sowie ihre jeweilige Anwendung.
1.) Nahbereichselektroden (AC-Entladung)
Nahbereichselektroden, wie beispielsweise die Eltex R50/51, bestechen durch eine kleine Bauform (16 x 32 mm), welche den Einbau auch an schwierigen Stellen erleichtert. Dies macht sie zur optimalen Wahl bei allen Aufgaben, die Entladung an kritischen Stellen erfordert.
Ferner verfügen Nahbereichselektroden über eine sehr robuste und leistungsfähige Hochspannungserzeugung, die in den meisten Fällen auch für mehrere Ionisationstäbe genutzt werden kann. Dies gewährleistet eine sehr hohe Betriebssicherheit und einen geringeren Preis als Weitbereichselektroden, die in der Regel in jeder Elektrode einen eigenen Hochspannungserzeuger eingebaut haben.
Ihre hohe Frequenz (bis zu 250 Hz mit dem POWERIONIZER) sorgt für eine sehr „saubere“ Entladung auch bei hohen Bahngeschwindigkeiten.
Der Grund ist leicht erklärt: Zur elektrostatischen Entladung werden freie Ionen benötigt welche sich mit den Ionen des aufgeladenen Materials neutralisieren und somit die Ladungsinseln des Materials entfernen. Die Hochspannungselektrode stellt diese freien Ionen in der Form einer Ionenwolke bereit. Diese Wolke wechselt ihre Polarität mit der Netzspannung, also bis zu 100 mal pro Sekunde. Daher liegt auch bei in schneller Folge passierenden Ladungsinseln mit großer Wahrscheinlichkeit die passende Gegenpolarität in wirksamer Nähe.
Bei Weitbereichselektroden wird typischerweise mit niedrigeren Frequenzen gearbeitet, um eine Rekombinaton der Ionen unterschiedlicher Polarität, durch größeren Abstand zu vermeiden.
Desweiteren bieten sie eine hohe Ausfallsicherheit, da selbst bei ausgeschalteter oder defekter Hochspannungsversorgung ein großer Teil der Ionen durch passive Ionisation abgeführt werden kann. Passive Ionisation ergibt sich bei widerstandsentkoppelten Elektrodenspitzen, wenn die über den Trafo an Erde liegende Elektrode einem elektrostatischen Feld ausgesetzt wird. Die Spitzen der Ionisatoren bündeln hierbei das Feld. Bei ausreichend großer Feldstärke an den Spitzen, werden diese zum Emittieren angeregt. Das heißt an der Einzelnen Spitze wird die umgebende Luft entsprechende der Gegenpolarität des Feldes geladen und dann vom geladenen Material angezogen. Dieser Vorgang funktioniert so lange, wie das von der Oberfläche wirkende Feld groß genug ist.
Dies sichert auch bei abgeschalteter Hochspannung ein Mindestmaß an elektrostatischer Entladung.
2.) Weitbereichselektroden (pulsed DC-Entladung)
Im Gegensatz zu Nahbereichselektroden ist der technische Aufwand bei Weitbereichselektroden erheblich größer.
Wie oben beschrieben kann die hohe Frequenz (bis 100Hz) der Nahbereichselektroden zu einer Rekombination schon in der Ionenwolke führen, bevor diese ihr Ziel, das Produkt, erreicht. Dies zu vermeiden erfordert also eine Regelung der Frequenz in Abhängigkeit vom Arbeitsabstand, sowie eine Versorgung mit Gleichspannung.
Im Falle der RX3 IONSTAR von Eltex werden diese Vorraussetzungen durch die integrierte Steuerelektronik gewährleistet. Diese wandelt die 24V Eingangsspannung in eine oszillierende Hochspannung um, deren Frequenz, unter Berücksichtigung des durch den integrierten Ultraschallabstandsmesser, gemessenen Arbeitsabstands geregelt wird. Zusätzlich wird, bei Bedarf, für eine größere Reichweite, die Ausgangsspannung erhöht und die Leistung beider Polaritäten bedarfsgerecht gesteuert.
Der Einsatzbereich von Weitbereichselektroden ist somit immer da, wo aus konstruktionstechnischen Gründen ein großer Abstand überwunden werden muss. Die Überbrückung großer Wirkreichweiten birgt jedoch auch einige Probleme. Es muss gewährleistet sein, dass keine geerdeten Metallteile oder -walzen im Umkreis der Elektrode liegen um ein optimales Entladeergebnis zu erzielen. Ferner erfordert die komplexe Elektronik ein größeres Profil, welches die Auswahl der Einbauorte weiter einschränkt.
Ein massiver Vorteil der Weitbereichselektroden liegt jedoch in ihrer Flexibilität im Bezug auf den Arbeitsabstand, sowie in der integrierten Regelungselektronik, welche die Frequenz der Hochspannung an die Einbaugegebenheiten anpasst und somit auch einen Einsatz am Wickel ermöglicht.
Fazit:
Für eine saubere Entladung bieten sich in vielen Fällen die bewährten AC-Entladungssysteme an. Sie sind belastbar, kompakt und präzise gerade bei schnell wechselnden Ladungsprofilen. Jedoch bedarf es hier eines Einbauortes nahe des Materials.
Dort wo hohe statische Aufladungen nur aus großem Abstand beseitigt werden können, wie an vielen hoch automatisierten Folienaufwicklern, bringen Weitbereichselektroden eine gute Wirkung. Hierbei sollte die Elektrode jedoch über eine entsprechende Regelungselektronik verfügen, die die Umgebungsbedingungen mit einbezieht.
